АГРОХИМИЯ, 2015, № 10, с. 57-62
УДК 581.132.1:581.134.4:633.13 (471.21)
ХЛОРОФИЛЛЬНЫЙ ИНДЕКС И СБОР ПРОТЕИНА В СЕВЕРНЫХ
АГРОЦЕНОЗАХ ОВСА
© 2015 г. В.И. Костюк
Полярно-альпийский ботанический сад-институт Кольского научного центра 184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14, Россия E-mail: vikos47@mail.ru
Поступила в редакцию 11.03.2015 г.
В полевом многофакторном эксперименте изучена связь хлорофилльного индекса с общим сбором сырого протеина с единицы площади агроценоза овса. Установлено, что содержание протеина в фитомассе овса положительно коррелирует с удельной концентрацией зеленых пигментов в ней. Показано, что выход протеина с единицы площади поля прямо связан с проективным содержанием хлорофилла в агроценозе данной культуры. Подобраны оптимальные дозы минеральных удобрений для достижения максимальных величин хлорофилльного индекса.
Ключевые слова: хлорофилльный индекс, сбор протеина, растения овса, агроценоз.
ВВЕДЕНИЕ
В Мурманской обл. овес посевной является одним из важнейших компонентов кормовой базы молочного животноводства. Его выращивают на минеральных и торфяно-болотных почвах, где получают достаточно высокие урожаи зеленой массы, характеризующейся, к сожалению, пониженной питательной ценностью. Снижение кормовых достоинств овса на Севере обусловлено особенностями углеводно-белкового метаболизма при недостатке тепла: интенсивным биосинтезом водорастворимых углеводов (преимущественно транспортных форм дисахаридов, укрепляющих терморезистентность растений) и уменьшением содержания сырого протеина в фитомассе данной культуры [1]. Баланс этих разнонаправленных биохимических процессов определяется, главным образом, вариациями погодно-климатичес-ких условий, но его можно регулировать также с помощью минеральных удобрений [2].
Одной из наиболее актуальных задач кормопроизводства, связанной с технологиями повышения урожайности и кормовой ценности овса, является увеличение общего сбора протеина с единицы площади агроценоза [3].
Известно, что биопродуктивность наземных фитоценозов прямо зависит от проективного содержания хлорофилла в них или от величины хлорофилльного индекса [4]. Мониторинг данного показателя в полевых условиях является достаточно сложной технической задачей. В последние
годы для ее решения применяют методы дистанционного (аэрокосмического) зондирования посевов сельскохозяйственных культур. Спектральная яркость "хлорофилльного экрана" в области 550 нм позволяет с хорошей точностью оценивать и прогнозировать урожайность культурных растений на больших площадях [5].
Важной составляющей этой проблематики является исследование влияния минеральных удобрений на вариацию хлорофилльного индекса, а также оценка связи данного показателя с общим выходом сырого протеина с единицы площади поля [6]. Поскольку эти вопросы практически не изучены, то основной целью работы был анализ связей между перечисленными показателями.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования послужил овес посевной сорта Хибины 2, который выращивали в 1993-1994 гг. на агрополигоне Полярной опытной станции ВИРа. Агрохимическая характеристика опытного участка, который располагался на хорошо окультуренной подзолистой песчаной почве, была следующей: рНкс1 5.9, сумма аммонийного (с реактивом Несслера) и нитратного азота (по Грандваль-Ляжу [7]) - 9.2-12.1 мг/100 г, содержание подвижного фосфора и обменного калия (по Бурриелю-Гернандо [8]) - 33-35 и 30-32 мг/100 г почвы соответственно.
Трехфакторный эксперимент проводили по плану Бокса-Бенкена ВВ3 - 33//15 [9] в трехкратной повторности. Площадь каждой делянки составляла 3 м2, а общая площадь под опытом (с учетом внутренних дорожек и защитных полос по внешнему контуру) - 360 м2. Органические удобрения (навоз 40 т/га) вносили весной под основную обработку почвы, минеральные удобрения в форме Каа, Рсд и Кх - в предпосевной период. Дозы Каа составляли 3, 13 и 23 мг N/100 г почвы пахотного слоя 0-20 см, дозы Рсд - 20, 90 и 160 мг Р205/100 г, дозы Кх - 5, 20 и 35 мг К20/100 г почвы.
Посев проводили 7-9 июня. Норма высева семян составила 25 г/м2 при 93-95%-ной всхожести (700 шт. семян/м2 при 100%-ной хозяйственной годности). Способ посева - рядковый (12 рядков по 120 см, междурядья - 15 см, защитная полоса - 10 см). В конце вегетации (26-28 августа, фаза молочной спелости зерна) проводили учет урожая фитомассы овса с каждой делянки.
Анализ химического состава надземной фито-массы растений овса проводили в свежем материале. В каждом варианте опыта использовали среднюю пробу, составленную из трех повторно-стей. Содержание суммы водорастворимых сахаров (ВС, % на сухую массу) оценивали по методу Бертрана, общего восстановленного азота - по методу Кьельдаля с последующим пересчетом на сырой протеин (СП, % = N х 5.7) [10].
Определение содержания хлорофиллов в растительном материале (ХЛ, мг/г сухой массы) проводили по модифицированной методике Нибома [11]. Концентрацию пигментов измеряли на спектрофотометре СФ-26 и рассчитывали по формулам Хольма для 100%-ного ацетона. Хлорофилльный индекс растений овса, характеризующий валовое содержание хлорофилла в надземной фитомассе в расчете на единицу площади агроценоза (ХИ, г хлорофилла/м2), оценивали по методике [12].
В качестве интегральной характеристики эффективности продукционного процесса в посевах овса использовали общий выход сырого протеина [13] с единицы площади агроценоза (ВП, г/м2).
Статистическую обработку экспериментальных данных выполнили с использованием программы БТАТКТГСА 8.0 [14, 15].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Матрица планирования эксперимента и исходные экспериментальные данные, усредненные за 2 года исследования, представлены в табл. 1.
Статистическая обработка этих данных показала, что под влиянием возрастающих доз удобрений наиболее сильно изменялись показатели ХИ и ВП. Относительная вариабельность выхода протеина в проведенном опыте составила почти 30% при размахе абсолютных величин от 55 до 243 г/м2 ценоза. Это свидетельствовало о существенном влиянии минеральных удобрений на экспрессию данного показателя. Урожайность и удельное содержание хлорофилла в фитомассе овса варьировали в опыте несколько меньше. Для водорастворимых углеводов и сырого протеина был характерен сравнительно узкий диапазон изменчивости их содержания (15-17%). Тем не менее, отрицательная корреляция между этими биохимически сопряженными показателями оказалась весьма высокой и составила г = -0.91, Р < 0.001.
Необходимо отметить, что содержание протеина в листостебельной массе овса положительно коррелировало с содержанием хлорофилла (г = 0.64, Р = 0.010). Величины коэффициентов парной корреляции Пирсона и ранговой корреляции Спирмена между выходом протеина с 1 м2 агроценоза и ХИ были несколько больше и составили: г = 0.88 (Р < 0.001) и г = 0.95 (Р < 0.001) соответственно (табл. 2). Существование выраженной связи между данными переменными позволило рассматривать проективное содержание хлорофилла в качестве одного из важнейших показателей продукционного процесса в посевах овса. Обсуждаемые корреляции (Пирсона и Спир-мена) между сбором сырого протеина и дозами минеральных удобрений в проведенном эксперименте оказались значительно меньше, что могло свидетельствовать, по-видимому, об опосредованном влиянии удобрений на данный отклик.
Для более детального анализа сопряженности показателя "общий сбор протеина" с другими показателями и дозами минеральных удобрений была выполнена следующая структурная трансформация первичных данных. Все варианты опыта были разделены на 2 приблизительно равные по объему группы, существенно различавшиеся по величине выхода протеина с 1 м2 ценоза. Средняя величина группирующей переменной в первой группе (количество вариантов опыта п = 8) составила 128 ± 37, во второй (п = 7) - 201 ± 23 г/м2. Интервалы варьирования ВП в сравниваемых группах были равны 55-170 и 182-243 г/м2 соответственно (табл. 3).
Статистическая значимость (Р-1еуе1) различий между выделенными группами по величине группирующей переменной оказалась <0.001. Фактическая разность между группами составила 72 г
ХЛОРОФИЛЛЬНЫЙ ИНДЕКС И СБОР ПРОТЕИНА.
59
Таблица 1. Влияние минеральных удобрений на физиолого-биохимические характеристики урожая овса сорта Хибины 2 (среднее за 1993-1994 гг.)
Вариант Дозы удобрений, мг д.в./100 г почвы СМР, кг/м2 ВС СП ХЛ, мг/г ХИ ВП
N P2O5 K2O % г/м2
1 3 20 20 0.95 31.5 11.6 4.0 1.66 110
2 23 20 20 1.26 23.7 15.1 8.0 4.38 190
3 3 160 20 1.46 24.8 12.8 5.9 3.82 187
4 23 160 20 0.99 22.2 17.2 5.9 2.57 170
5 3 90 5 1.33 28.0 10.6 4.1 2.32 141
6 23 90 5 1.03 22.8 16.0 4.7 2.14 165
7 3 90 35 0.97 28.6 11.8 4.7 1.98 114
8 23 90 35 1.42 21.8 15.6 7.7 4.65 222
9 13 20 5 0.97 27.4 12.4 5.1 2.12 120
10 13 160 5 1.00 23.1 15.0 5.1 2.23 150
11 13 20 35 1.29 25.4 14.1 5.2 2.78 182
12 13 160 35 1.65 25.0 14.7 5.4 3.85 243
13 13 90 20 1.36 27.3 14.2 5.6 3.23 193
14 3 20 5 0.59 32.1 9.3 3.5 0.89 55
15 23 160 35 1.09 18.2 17.2 5.8 2.75 187
Выборочные M 1.16 25.5 13.8 5.4 2.76 162
статистические SD 0.27 3.8 2.4 1.2 1.1 48
оценки CV, % 23 15 17 22 38 30
Примечание. M- среднее арифметическое, SD - стандартное отклонение, CV- коэффициент вариации, СМР - урожай сухой массы растений, ВС - водорастворимые сахара, СП - сырой протеин, ХЛ - хлорофилл, ХИ - хлорофилльный индекс, ВП -выход протеина.
сырого протеина/м2 при минимально необходимой величине 35 г/м2, найденной с помощью теста Дункана для стандартного уровня значимости Р = 0.05 (табл. 3).
Среди результативных признаков основную роль в стратификации общего массива экспериментальных данных на 2 контрастные группы по величине ВП играли урожай фитомассы овса (Р = 0.002), удельное содержание хлорофилла в листостебельной массе (Р = 0.007) и величина ХИ (Р = 0.0002).
Средние расчетные дозы минеральных удобрений для совокупности вариантов опыта, объединенных в группу 1, составили N11P81K12, для вариантов группы 2 (с более высоким выходом протеина) -N16P100K29 мг д.в./100 г почвы. Подобная разница между группами по дозам минеральных удобрений свидетельствовала о
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.