481.влияние азотного питания на продукционный процесс ячменя при повышенном содержании со, в атмосфере

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА,ЛЕНИНАИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ им. К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

КОЛЕСОВА Наталия Борисовна

ВЛИЯНИЕ АЗОТНОГО ПИТАНИЯНА ПРОДУКЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС ЯЧМЕНЯ

ПРИ ПОВЫШЕННОМ СОДЕРЖАНИИСО, В АТМОСФЕРЕ

Специальность 03.00.12 — физиология растений '

Авторефератдиссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук.

МОСКВА 1994

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Работа выполнена в лаборатории потенциальной продук-тивности растений Всероссийского института удобрений и аг-ропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова.

Научный руководитель — доктор биологических наук, про-фессор Ниловская Н. Т,

Официальные оппоненты: доктор биологических наукТрунова Т. И., кандидат биологических наук Моторина М. В.

Ведущее учреждение — Центральный научно-исследова-тельский институт агрохимического обслуживания сельскогохозяйства. _

Защита диссертации состоится « / ti . *-4*4l'PW^l~'. . .1994 г. в « УС» часов на заседании специализированного сове-та Д. 120-35.07 в Московской сельскохозяйственной академииим. К. А. Тимирязева. •

Адрес: 127550, г.- Москва, ул. Тимирязевская, 49, . секторзащиты диссертаций.• С диссертацией можно ознакомиться^ ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « Z/» .$}?Р21*Й.^ё*%<1994 г.

Ученый секретарьспециализированного совета —

кандидат биологических наук d „ м „'" А. С. Лосева


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

; Актуальность проблемы, Согласно прогнозам высокий уровень

Энергетики приведет к глобальному изменению климата Земли: уд-

1оенип концентрации COg к 2025 году, повышению температуры в о з -

духа учащенно засушливых явлений O / f i d l u U t d ', 1983; Барт, 1989) .

Для т о г о , чтобы успешно вести сельскохозяйственное производство

в изменившихся климатических условиях, необходимо учитывать в о з -

можные ответные реакции культурных растений, изучить влияние вы-

сокой концентрации С02 на формирование продуктивности сельско-

хозяйственных культур. :

.' Исследования, которые были проведены в последние десятиле-

тия по вопросу изучения реакции растений на увеличение количест-

ва COg в атмосфере, н е л ь з я назвать исчерпывающими. В ряде опытов,

оценивалось влияние COg лишь на конечную продуктивность растений

d'Wmi'Ul'f tt^OiCbfWflKuAi • ДРм 1990), часть экспериментов

: проводилась при непостоянном газовом составе среды Сп1/П*&№•-,

.1981). Мало данных по изучению влияния обогащения атмосферы CQ2

в условиях, ограниченного водообеспечения UiVyi и др. , 1989;

J'TtMCiiCK' , 1990), В качестве объектов в большинстве экспери-•

ментов изучались пшеница, соя, овощные культуры. Реакция ячменя

на повышение содержания Ср2 в атмосфере не наследована. Удвоение

концентрации углекислого-газа и увеличение засушливости климата

могут значительно изменить требования растений к условиям мине-

рального питания и,-в частности ^азотного. Актуальным является

вопрос, в какой степени действие азотных удобрений будет связа-

но с увеличением содержания СОг и какие условэд азотного пита- •

ния необходцдш растениям при воздействии факторов, ооусловлюзав-

щих "парниковый эффект".:'--."- '


Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в изуче-

нии влияния азотного питания на продукционный процесо ячменя

при повышенной содержании С02 в атмосфере.

В диссертации поставлены следующие задачи:

1 . Установить закономерности роста ячменя в условиях повы-

шенной концентрации СО^.

2 . Оценить действие высокого содержания углекислого газа

на продуктивность ячменя в зависимости от уровня азотного питания.

3 . Изучить влияние водного стресса на продуктивность ячме-

ня при обогащении атмосферы COg.

4. Установить влияние различных усяовгй ачотного питания,

водообеопечения и повышенной концентрации COg на содержание азо-

тистых веществ в растениях в онтогенезе.

5. Определить действие изучаемых факторов на химические

показатели качества зерна ячменя.

Научная новизна работы. В диссертации впервые показано,

что* эффект действия повышенной концентрации COg в атмосфере на

продуктивность ячменя определяется условиями азотного питания.

Впервые проведена оценка содержания азотистых веществ в расте-

нии в зависимости от уровня азотного питания, водообеспечения

и концентрации COg, в результате чего появилась возможность

охарактеризовать процесс ассимиляции азота растениями ячменя.

Прослежено 'влияние обогащения атмосферы COg ва химические пока-

затели'качества зерна пивоваренного ячменя в различных условиях

авоОДото питания и влягообеспечения. I

Практическая значимость паботы. Полученные в диссертация

данные могут быть использованы для разработки теоретических

яредставленпЯ о реакции культурных растений на факторы глобально-»

го «вменения климата. Определено, что получение высоких урожаев

- 2 -


сельскохозяйственных культур при повышении концентрации СОг в

• атмосфере возможно лишь при использовании достаточно высокого

уровня азотного питания. Полученные результаты могут служить

материалом для прогнозирования реакции растений на предстоящее

глобальное изменение климатических уоловий. ~

\ПТ |О1 !яиия Работы. Материалы исследования были представлены

я доложены на конференции молодых ученых ВИУА (1990) , на рабо-

чем совещании "Газообмен растений в посевах и природных фитоце-

к'озах". в г.Сыктывкаре ( 1 9 9 2 ) . ^ . : .

. ШЙДИдадид. По материалам диссертация опубликованы 2 пе- .

чатных работа; •. ,• ' -, •'." -. ' ' : ••-'••'

•"•-'."• Структура и объем дисс^ртя'дп;- Диссертация состоит из вве-

дения,.обзора литературы, описания объекта и методов исоледова-

ння, пяти экспериментальных глав, выводов и списка литературы.*,

• Работа.изложена на 201 странице'машинописного текста, включает

, 4 6 таблиц, 13 рисунков. Список литературы представлен'258 на-

именованиями, в том числе Н О иноотраяными. • .

: : ^ " ;••/;- : ^ ( - ' ОБШСТ и МЕТОДА ^СЛЕДОВАНИЙ

' - Объектом исследований служил ячмень сорта Заэерский-85, *'

относящийся к"интеноивнсму. типу, районированный в Московской,

Тульской, Владимирской и других областях.Нечерноземной зоны,

; который относится к, сортам пивоваренного направления. • - • '• ,

." ,~А" -Для решения, поставленныхзадач было проведено 4 опыта. •

'В:двух опытах в вегетационном домике изучалось действие засухи "

в зависимости QT уровня азотного питания,.который варьировался ';

"в. 1-ом .опыте* от'100. д о ; 8 0 0 мг.К/кг почвы, в а , £ - о м - от 200 до .

600 мг Л / к г почвы.: Эксперименты проводились в шести лрвторноо-

"тях; Проведенные в вегетационном домико исследования позволили•••,


установить необходимый уровень азота для ячменя сорта Зазер-

скиЙ-85 и его реакцию на водный стресо в зависимости от дозы

азотного удобрения.

В двух экспериментах (А> 3 и 4 ) , поставленных а контролируе-

мых условиях фитотрона, поддерживалось два уровня угчечислого

газа: 0,035% (контоояь) и 0,070л (опыт). Система терморегулиро-

вания обосп&чивала выбранный температурный рехим: 23+1°С (днем)

и 18±1°С (ночью). Мощность лучистого потока на уровне верхних

листьев - 200+10 Вт/м2 ФАР. Растения ячменя выращивались в кп-

ветах емкостью 15 кг абсолютно сухой дерново-подзолистой почвы.

Агрохимическая характеристика почвы: рНки - 4,S3; Н г - 3,79

мг-зкв/IOG г почвы; Са - 6,5 мг-экв/100 г почвы; NO3 - 6.G

иг/кг почвы; ЫНц - 20,6 мг/кг почвы; Р^Оу- 59,9 иг/кг почвы;

KgO - 63,2 мг/кг почвы.

В J-ом опыте исследовались 3 уровня азотного питания:

200 ( M i ) - низкий, 400 (Ыг) - средний и 600 мг Ы/кг почвы

(N3) ~ высокий» В 4-ом экспер«шенте в качестве минимальной испо-

льзовалась доза 100 мг N / к г почвы ( X Q ^ ) (табл.1).

Полив проводили исходя из объема конденсата, накапливаемо-

го ценозом, который измеряли дважды в сутки за световой и тем-

НОБОЙ периоды. Регулярный полив позволял поддерживать оптималь-

ную влажность почвы на уровне вО% ПВ. Для изучения реакции ра-

стений на водный стресс в условиях нормальной и повышенной кон-

центрации COg в атмосфере в вариантах а внесением 400 иг КС/кг

почвы создавалась почвенная засуха путем прекращения полива

при достижении растениями У1 этапа органогенеза. Полив возоб-

новляли при наступлении влажности устойчивого завядания расте-

ний, 410 соответствовало 14% ПВ, в дальнейшем поддерживали!оп-

режим увлажнения.

На притяжении вегетации прободали морфофиаиологический

- 4 -


Таблица IСхема экспериментов в фитотроне

* i • *• iэкспери- j варианта-мента , j •

3 . .' . I •

. ' • 2

. . ' 3

• ' 4

- " • • • - • • ' 5

• 6

• 7 • ; .

8

4. I

• ' ' 2

3 .

• " • 4 -

5

, •'::' . 6 - \

' " • • - • ' • 7 .

• • . ' " ' • 8 \ '

Концен-тоацияC02. '

0.0350,070

0.035

0.035

0.070

0,070

0.035

0,070

0.035

0.070

0,035

0,035 '

0.070

0,070; 0.C35

; 0,070

T"f

Угювень азотного •питания

1

iw.r К на {условные ii l кг почвы;обозначения;

200

200

400

400

400

400

600

600

100.

100

400

400 .

400

400

600

600

щN 2

Ы2

К 2

щ: щ :

Ы 0 , 5

N 2

: • Н 3 •

Условияувлажнена

полив

полив

полив

засуха

полив

засуха

nowra

полив

полив

полив

полив

засуха

полив

засуха

полив

полив

контроль за наступлением этапов органогенеза по методу Ф.М.Ку- ,

перкан (198-1). Отбор растительных образцов (по 10 растений) про-

изводился на y i i УП, IX. XI этапах органогенеза. ,' (• • •

- Для исследоваиия динамических характерлстик роста опреде-

ляли, величину сухой массы растений весовым методом и площадь

ассихкляшюнноП поверхности- растений с помощью ^итопланкмотра . •

ФШ1-4. На основе дашшх по биомассе растений и площади ассимп-

ч ' • ' • " . • - ' • • • " • : ' v , - V - ' - ' . ' . - 5 . ' - . • - : : ; , - ' - . • ' " • ' ' •


. • . - • • ' • . ' • • в ' - . . • • . / • : - . ' • • . •

ков авота в накоплении азотистых соединений верном изучали пе-

рераспределение азота в период налива (Кумаков, 1985).

На 12 этапе органогенеза анализировали структуру и продук-

тивность растений, определяли массу зерна и массу 1000 верен

при 14Х влажности. Определение качества верна проводили в лабо-

ратории качества СибНМИСХова. Аминокислотный аналив верна про-

водили в лаборатории физических методов исследования ВИУА с по-

мощью прибора "Chromospek".

Погодные условия оценивали по следующим параметрам: сред- .

ние температуры вовдуха'и количество осадков по декадам вегета-

ционного периода, сумма эффективных температур выше 5°С по эта-

пам органогенеза. : • .

Данные, полученные в опытах, обрабатывали статистически по

методике Доспехова (1984) с помощью.ЭВМ. ...'"' ,.; •

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ '

Влияние изучаемых приемов интенсивной технологии на формм-

' равание продуктивности пяеиицы. Во все годы исследований между

числом продуктивных побегов и урожаем верна отмечена тесная

взаимосвязь (R - +0.96). Эта вависимость носила криволинейный

характер и описывалась следующим уравнением регрессии: •

Ухоэ. - -21.61 + О.23z - 0.0003Z2, *

где Ухоз- хозяйственный урожай, ц/гз, г - количество колосоиос-

ных побегов на м2, ' • i . j •,•••• .

• • • •' '• t •;

Из анализа данного уравнения следует, что оптимальным яв-• . • • • . • • • . i , .

ляется стеблестой, численность колосоносных побегов в котором

не превышает 400 штук на м2. Дальнейшее повышение плотности

посева приводит к снижению урожайности. |!

Определение количества заложившихса на 6-ом этапе органо-

генева элементов продуктивности главного колоса показало, что


.. •"•''•.'.: Р Е З У Л Ь Т А Т Ы и с с л е а о в А н и й - . . - • •

Действие повышенной концентрации J02 в атмосфере и различ-

• ного азотного питания на РОСТ, развитие и ПРОДУКТИВНОСТЬ ячменя.

- Наши исследования позволили установить, что реакция раотоний на

' увеличение концентрации С02 зависела от уровня азотного питания

и была неодинакова в онтогенезе. Устойчивые различия к-ежду вари- •.

• , аитами по С02 проявлялись,'начиная о у ровня, азота 400 мг К / к г

* почвы. Анализ'полученных данных позволяет сделать вывод, что при

внесении 400 мг N / к г почвы на УП этапе органогенеза различия в

- содержании- сухого вещества в растении обусловливались массой глав-

,ного побега. Эти данные не подтверждают факты, изложенные в лите-

ратуре AiJloXiL и Др.. 1985), о том, что уровень СОг имеет не-

•-значительное влияние на накопление биомассы главным побегом. На-

ми установлено,'что на'более поздних этапах различия связаны о •

". увеличением биомассы боковых побегов и колосьев. •, •"••"• ' . ч

' .Внесение азота, я дозе S00 мг/кг почвы затягивало вегетацию

.. и сдвигало аффект действия,повышенной концентрации углекислого

:' газа яа накопление биомассы яа- более поздний период. Наиболее су-

дественны'е различия по сухой массе в данном варианте наблюдались '

, на П э т а п е , что было связано'с интенсивным отрастанием подгона

:.'•"""•. и боковых побегов к этому периоду.... " • , • . ' - . . >••_.'"•' - '',••'"

"",. • - ; Установлено,'что.повышение содержания углекислого газа при-

Л водило, к росту ассимиляционной поверхности .'Эффект увеличения •;

" площади"ассимиляционной поверхности находился в тесной эависимо—

, -ста от уровня'азотного питания (табл.3): максш/лльныгл он был в

'. вариаате с внесением средней-дозы езотного удобрения ( N 2 ) на,

: УС этапе органогенеза..Усиление азотного питания (N3) не уволи- "

'•'• чивало площади ассшиляш:онной;поверхцости по/сравнению с вари— .".

".':,-антом Ыз в нормальной атмосфере."Это связало с тем, что в усло-

; виях избыточного, у ровня азота ^ п р к : концентрации COg - 0.035? .


Таблица 2

Влияние концентрации С02 на накопление биомассы (г)

Концен-|Этап ; Главный побег JEOKO-; (Колос | |Це- t

. неза . т ь я i л j б л и j A tu j ̂ j д и j . • j А М J т е - j

200 мг К / к г почва

0,0350.070

0,0350,070

0,0350,070

0.0350,070

У1

УП

IX

0,170,19

0,290,34

0,210,17

0,230,24

0,02

0,05

0.04

0.01

0,170.15

0.350,39

0.640.61

0,560,61

0.02

0,04

0,03

0,05

0.280,20

0.640.G2

0,120,08

0.150,19

0

0

0

0

,08*

.02

.04

,04

_

-

0,470,67

0,791,12

0.550.54

1,281,35

0 SO* 1 ' 1 4

1.53

0,01

0,07.

0,09

0,42*

400 мг Ы/кг почвы

0,035 и 0,26 0 0 5 0,69 О О а * 1.24 „ 9 1 * 0,32 Q £ 2.51 I 2

0,070 0.31 * 0.77 ' ^ 2.15 U ' S 1 0.57 U ^ ° 3.80 •'

0.035 YJ 0,27 0 xg 0,57 0 ' * 1.60 0 8Гж 0,73 Q ' | 3.17•-.0.070 Д 0.37 ° ' 1 0 0.66 ° ' 0 9 2.41 ° ' 6 1 1.32 ",'у59 4 . 7 6 1 Г 5

600 мг М / к г потвы • ; '. ' ! j . | '•

Примечание. Здесь и далее, в других таблицах: *М - разность сред-них арифметических; * - достоверность на ЭЬ'Л-ном уровне значительно

. - • ' • . ••• : - 8 - ' • . - . " . . • • • .' " • ' . - :


- . ,

Концент-

рация СО;

0,035 '0,070

0,0350,070

- 0,0350,070

1

* 0.0351 0,070

0,0350,0700,0350,070

ш. 0,035

0,0700,0350,070

- -

'Этап

i

п

УП

IX

У1

УП '

У1

УП

Влияние концентрации<

]

55,3462,63

61,5743,38

27,5121,29

54,0064,3054.7076,2017,7018,90

65,1882,3978,4479.74

11,4714,67

1ССИШЩЯЦИОНЯОЙ

'лавный

! л

побег

I

С02 на формированиеповерхности (см*)

I W1 А ™

'.Боковые

|Пооегиi

200 иг N/кг почвы

7,29

18.19*

6,23 '

10,60

12,45

23,0629,08

11,9411.93

1.85

6,02

0,01

85,7670,47

107,88162,41

-

400 иг N/кг почвы

10.30*

23,50*

1,20

16.0018,8826.0026,8011,9018.93

2,88

0,80

. 7,06*

116,00127,00243,51340,00

14,0035,00

600 мг Ы/кг потан

17,21*

1,30

3,20

16,5219,0322,7126,2128,0924,05

2,51

3,50

4.04*

128,95101,11189,40287,24

24,8041,37

11 4

iИ |

!

15.29*

54

II

95

21

27

97

16

.53*

,90

, 5 1 х

,00*

,84*

84*

57*

Колос j »М

1 *i

-

-

30.38 т 9228.46 '

----

32,40 2,3034,70 '

_ •-

33,91 . rja38,70 '

Таблица 3

•Целое !- ! л М

{растение. *i " i . " " •

151,70

145,55

192,51234,87

69,8361,68

186,00211,00324,21445,00

76,60107,80

210,65202,53290,55393,19

88,70108,79

6,15

42,36*

8,15

25,00

120,79*.

31,20*

8,12' :

102,64*

10,09


паОлодалось загущение посева, полегание растений, более актив-

ное отмирание нижних листьев, чем в варианте 0,0701? С02> что

способствовало формированию большей ассимиляционной поверхности

азотных растений. Аналогично изменялась и величина ротолотанциа-

да. Определено, что ФП при недостаточном уровне питания (N0,5) не

изменялся в зависимости от уровня С02. Обогащение атмосферы угле-

кислым газом способствовало повышенно величины СП на 25-i$5£ в

вариантах с внесением средней и высокой дозы азота.

Как следует из результатов экспериментов, увеличение уровня

С02 повышало темпы накопления сухого вещества и усиливало фото-

синтетическую активность, что выражалось в изменении таких пока-

зателей как относительная скорость роста и чистая продуктивность

фотосинтеза. Наибольший эффект от удвоения содержания С02 на дан-

ные показатели в варианте о внесением 400 мг/кг почвы наблюдался

в фазу цветения: в это время ОСР возрастала с 0,028 до 0,041

г/г^сутки (на 465S), ЧИФ - с 0,023 до 0,031 г/дм.сутки. В вариан-

те Х£з величина ССР и ЧПФ не зависела от содержания С02 в атмо-

сфере. Такие различия по реакции растений на уровень азота обу-

словливались изменениями в донорно-акцепторных отношениях

(табд.4). Установлено, что повышение концентрация углекислоты в

атмосфере приводило к усилению напряженности донорно-акцептор-

ных отношении между колосом и ассимилирующими органами раотений

варианта N i : стартовая масса колоса растений на фоне 200 мг

N / к г почвы возрастает, а ассимиляционный аппарат ее в состоянии

обеспечить реализации потенциальных возможностей колоса. Усиле-

ние азотного питания приводило к улучшению донорно-акцепторных

отношений под действием высокого содержания COg во второй поло-

вине вегетации, в результате более интенсивно шел процесс нали-

ва зерна, что сказывалось на продуктивности ячменя.

Проведенные эвеперименты позволили сделать вывод, что уве-

- 1 0 -


, : ' Таблица 4Характеристика донорно-акцепторных отношений ,в условиях различной концентрации С02 в атмосфере

и различном азотном питании

Л ;Доля колоса в сухой(Отношение м а с с ы ! Коэффициент при-" массе растения на |колоса к массе J роста колосаЛ ;Доля колоса в сухой(Отношение массы" массе растения на |колоса к массеа~ ! IX этапе ;листьев ни Н э т

Л ; у ( фф" массе растения на |колоса к массе J роста колосаъа~ ! IX этапе ;листьев ни Нэтапо!

0,03% \о.СП% } * М

N j 32,6 43,8 II .2* 1.74 3,05 1,31* 2,87 1,88 0,99*

Кг 12,75 15.00 2,25 0,32 0,38 0,06 4.37- 5,21 0.84*

Н 3 15.4 , 15,6 0,2 . 0,38 0,38 - 2.47 3,54 1,07*

личение продуктивности растений под действием двойного содержа-

ния углекислого газа происходило лишь при внесении высокой и

средней доз азотного удобрения (табл.5). Обогащение атмосферы COg

способствовало росту продуктивности в варианте N 2 по годам ис-

следования на 40-56Я. Внесение максимальной дозы азота (Ny) при-

водило к снижению продуктианооти ячменя в нор-.шльной атмосфере.

Ингибируодий а ^ е к т избыточного количества азота онвыался при

удвоении концентрации COg. Величина продуктивности растений, вы-

раще/шых на избыточном азотном фоне и яри ксыцентравди COg 0,070^,

црактнческа соответствовала продуктивности ячменя при использова-

нии азота в доза 400 мг/кг почвы в нормальных атмосферных услови-

ях. Ьри недостатке азота в почве эффекта действия С02 не наблюда-

лось. Установлено, что рост продуктивности в экспериментах проис-

ходил 'за счет увеличения продуктивной кустицтости, озернешюсти

.главного колоса, массы 1000 эерея. Совмеотное действие оптшиль-

ного уровня азота и повышенного содержания СОг спосооствов.гло эф-

фективному использованию мощности надземной вегетативной массы

для формирования продуктивности С^хоз.» в варианте N 2 увеличиаал-

С Я С 3 0 , 2 6 д о 4 2 . 3 0 * ) . \ . ••• ; ' ' ' ' ; , .

: . " - '''••••:'' • - ' \ ' .• •; ; • - ' . - : . • ' - J I - - •,:::-'' '


Таблица 5 t

Влияние концентрации углекислого газа на продуктивность иструктуру урожая ячмеыя в зависимости от уровня азотного литания

и водооСеспечеиия

-j ;рохаб зерна, { П т о д у к т и в н а я j О э е р н е н я о с т ь | Масса 1000 зерен,1* ! г/оасг. I изотистссть, . главного колоса, шт. i г% { * / '*"'< : > ! число стеблей { j

J | ы2} N2{ ы 3 | N j | N 2 ! N 2 ; Ы 3 | Ы! j ы 2 ,' ы 2 ! щ \ щ | ы 2 ) ы 2 J

fe III03'! ! N 0g |^I !ll c yl |'M0,5 ;no«.a;Sgoy-| ^о^^олив^су-!

0,035 1,15 1,38 0,90 0,65 2,00 1,42 1,42 1,55 21,83 21,97 17,01 14,75 39,56 41,55 35,15 33,30

, 0,070 1,08 1,92 1,20 1,40 1,37 2.10 1,86 1,68 22,2127,58 19,1127,60 37,30 47,8140,05 39,00

, HCPjjg l-fia 0.29 0,43 1,79 2,42

0,035 1,15 1.51 1,05 0,59 1,00 2,00 1,60 2,57 18,14 21,40 16,67 16,00 43,74 41,27 33,43 37,57

0,070 0,99 2,38 L S 1,63 1,01 2,30 2,10 2,67 19,00 27,60 20,00 27,00 37,78 45.57 37,00 41.62«• mm mm mm a* • • mm ^ тш ц**щ • mm •••• ^ «• mm m» ян mm тш шш ^ «• ^ •» • • m» ••••••••••••«••••••••••a.aWMip'iMiWM» — —

HCpQg -1 0,15 0,26 3,21 2,33


Влияние засухи на РОСТ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ячменя в УСЛОВИЯХ

различной концентрации углекислого п з а . В наших экспериментах,

установлено, что рост ячменя теоио связан с условиями водообес-

печения: под влиянием водного стресса снижалось нарастание био-

массы. Определено, что обогащение атмосферы СОг при orpaHH4euHOMv

водообеспечении способствовало повышении биомассы с 0,Ь9 до 1,37 г

(542). Под действием высокого содержания углекислого газа уве-

личивался рост стеблей главного побега: их масса повышалась с

0,24 до 0,38 г. Было показано, что в обогащенной атмосфере ос-

лаблялось негативное влияние засухи на рост боковых побегов:

наблюдалось увеличение их биомассы с 0,48 до 0,73 г.

Оценка действия водного стресса на формирование ассимиля-

ционной поверхности показала, что площадь листьев главного побе-

га в конце засухи увеличивалась под действием высокой концентра-

ции С02 с 5,60 до 18,51 см* стебля главного побега - с 7,40 до

19,00 см**, боковых побегов - с 34,00 до 54,61 си**. В итоге наб-

людался рост ассимилирующей поверхности целого растения с 47,00

до 92,12 <яг. Реакция растений на повышение содержания углекис-

лого газа при ограниченной водоойеспечении, наблюдаемая в наших

экспериментах, ыохет быть объяснена тем, что при действии повы-

шенной концентрации COg уменьшается устьичная проводцмооть, в

результате растет эффективность использования воды и создаются

условия для накопления биомассы и формирования ассимиляционной

поверхности на более высоком уровне. Данная закономерность про-

слежена в ряде работ (CvrvxCf и др. , I9aa;$UVt;5 l

<Jfyxle.t. ,

1Э8Э;Zlihl- и др. , 1991).

Результаты наших исследований показывает, что при повыше-

нии содержания COg наблюдалось увеличение продуктивной кустисто-

сти (ва 30%), массы 1000 зерен в условиях ограниченного водо-

ойеспечения, что привело к росту зерновой продуктивности на

33-55£ по годам исследования.

- И -


Лайотяиа повниюшюЯ атмосферной концентрации С02 и различ-

ив* уклони!) азатпого питания и водообоснечетгя на содержание '

адсгистцх. нанести- с рчст-пиях ст^сня. В наших онитах было про-'

слежено нлшшио обогащения, атмосферы С02 на содержание общего-

азота в растениях в зависимости-or уровня азотного питания

.Определено, что различая в содержании общего азота в вари-

антах по COg в условиях и сдое татачного уровня азота ( N o , 5)

проявлялась на лэпалышх этапах органогенеза (У1 этап): обога—

utbMiio атмосферы снижало содержание общего азота в листьях ячме-

ня с 12.'-i до 11,5 мг/г, в стеблях - с 1-1,45 до I0.C3 иг/т, что

с'ило ciusatio с ук.;еш.шош1еы бкомассн в этот-период. Таким обра-

зок, оирецолоио, что на J'l этало opranoi'enosa-рпогения. острее , ' •

исиьтиьала кедоотиток азота о услоешпе поишошюв концентрации •

ССЬ; это кохвт СиТ'ь обуслоьлено там, что -дефицит азота в среда

ьЛиЛвх на «ссшшшдню углекислого газа растеншши,- пизыьая, • •

yniOiibaiuHiVt) содержания хлорс^-илла-и изменение структурного состоя--

ыш хдороняастси [PiirUiliiCck, 4Ct-Jtt1' , l$d£).

Усилении азотного патсиия увеличивало абсолютные;величины: ,

coftops-iHivi ой.иеш азота. Под влиянием высокой концонтрадаи COg ••

пайл.-и^лось ct-.rt&cmie седоржания общего азота в вогетативмих ор- . '

танах jjHi-.oii/i Б ТПЧИЙЙО-ввготаили-на. 1 0 - Е 0 Л , ЧРО может являться '

слещ:ть.!г>и |;ре.-:ь1у;цасгьаи!:ого накоиления углеводов » этих уело- .

виях (Ьретоьач, 1V72; 'ГйрчовсклЯ,. 1977). ,..-

В то мо ьратл Ufii ы\^он-:и срвдиеЗ дозы изотного удобро-,

«mi (napairtT Kv) накопление азота растением при новыщвняой-. -. -

концентрации CCV> уьолачлналось на IX.этапе с 8В.70 ДО 111,07

мг/pacveune, коллчастьо.-азота, «акапленного колосом - С 10,8

до 13,а1'мгД\1Стеяае.'Ь исидх э:-:с:;ерш.:ь'пгах было покааамо уве--.- •••

личониэ никоплония изота ъ зерне ячменя на"XII этане


з а н а в с е х у р о в н я х а з о т н о г о т т ' х и я , s o m в 1 о у ц ы ч ч ч ч ( I 1 i r ">

В ВарИШ)Тв Ы З КОЛОС IMKa 1ЛИВОЛ b/^hiuJOO 1'ЛИ'Ю ГЬЭ itJt 11 В V л ) -

виях двочпой концентрации у1леК(к того r i i i , ч-"» о ' м i i T ' t .уси-

лением дозорной ^ушсции виготт г. t <нх nnnui в р.н г< «и', м 1 < > < м < * <>l

цветения ( р и с . I ) .

Под влиянием водного строссц содврллниа оОцшз njorn в OTWJ-

лях повышалось с 20,24 до 23,40 иг/г - в нор* хяышх а п м | t i t iu«

условиях и с 16,60 до <-O,JJ мг/г - при обошщеиии Сиз. Яшонлпш

количества общего азота в листьях колебались от Id,09 до 2п,74 -

в контроле и с 17,32 до 23,t>I мг/г - в опытном варианте. >ьиличы-

ние общего азота в растениях в условиях ограниченного водообпопо-

чвния происходит за счет ниэкомолекулярных азотсодержащих в^цестн,

в результате возрастает водоудерживасщая способность грогонлазиы

(Рекославская, 1989; Цыцей и др. , 1991).

В атмосфере, обогащенной СОг, увеличивается интенсивность

углеводного обмена, и угловоды становятся основной оомигичиской

субстанцией. Этшд объясняется снижение содержания общего азо^а в

вегетативных органах ячменя в конце действия водного стресса в

наших исследованиях: в листьях с 26,74 до r j . n l т/т, в стеблях

- о 23,40 до 20,33 иг/г.

На ХП этапе органогенеза в условиях двойной концентрации С02

происходило увеличение количества накопленного азота о Ifi7,69 до

177,74 мг/раотениа, что связано о интенсивным отрастанием подго-

на после возобновления полива в обогащенной С02 атмосфере, за

счет чего повышалась биомасса в , следовательно, количество накоп-

ленного азота.

В наших экспериментах исследовано изменение содержания нит-

ратного азота и активности нитратредуктазы а зависимости от усло-

вий азотного питания и концентрации С0£* Установлено, что коаи-

- 15 -


»эоISO

« ю

IOO

so

во

то

во

•о

»о

a-ao-lt—^N o s У'ШЙУАЯЬй-"

. • - ••- • с - -.»

•

t f О

«во

f АО

1 » О

t i o

ю о

во

в о

т о

в о

s o

э о

9 О

• о

ХНЭТАП.

•; - . ' < !

• ' • ... \ • ^ v - . . _ " . . ' ; " . ; • г ; ' -

•i • ' ' •

- • • - • ' • • ' • •'•' .

- , . , . , , „ Л : ':' | • §

-та» ' за **-11

ret»

%

0

000|• : ; :

1O.4 O4

00•IIP

ч

••ого nwt«

*"!*"•' f ' 1 — о o s s у » с о » ' •' *. •• '. kZ^jZi — О О 7 О ' Л СО»

— JC - ШИПИ " " " • м.о^1«>с.с*«д


чество нитратного азота возрастало с повышением применяемой доэи

азотного удобрения (табл.6).Таблица 6

Влияние атмосферной концентрации COg, уровня азотногопитания и условий водообоспечения на содержание нитратногоазота в листьях ячменя (мг/100 г сухого ре.цоотъа)

Этап! Ь

;о,оз5|О*0,5.0701 4

i

i

;v, jo• ы 2

,03b jO

(полив)

.070]Лм

i N 2 (засуха) |

j0.U3bj0.C70; 4Mi0

« 3

,03510.070;*).!

У1 0,29 0.29 0,00 6,92 4,30 2,02* - 7.08 8,32 1,24я

УП 0.25 0.26 0.01 8.91 5.50 3,41*9.00 9.77 0,77 7.41 0,71 1,30х

IX 0.14 "0,15 0 ,013 .78 2.&> 0,90* 7.37 7.76 0,39 5.01 G,31 1,30*

Данные, представленные в таблице, позволяют сделать вывод, что

в условиях минимального уровня азотного питания удвоение концентра-

ции С02 не влияло на содержание нитратного азота. В варианте Ыз

на УТ этапе органогенеза наблюдалось уменьшение количества нитрат-

ного азота при обогащении атмосферы углекислым газом с 6,29 до 4,90

мг/100 г сухого вещества, на УН этапе - с 8,91 до 5,50, на IX -

с 3,78 до 2,88 мг/100 г сухого вещества. Действие повышенной кон-

центрации С02 в варианте с максимальной дозой азотного удобрения

заключалось в увеличении содержания нитратного азота, что объясня-

ется нарушением процесса восстановления нитратов в растении в усло-

виях избытка азота в почве.

Водный стресс вызывал увеличение содержания нитратного азота

в листьях ячменя, что, по мнению Шматько и др. (1989), Пера, Яль-

чукова (1990), обусловлено пониженной скоростью вовлечения нитра-

тов в метаболические процессы. В нашей работе повышение концентра-

ции СО не изменяло количества нитратного азота в листьях ячменя в

вариаятах с засухой.

- 17 -


Обогащение атмосферы углекислотой приводило к росту.нитрат-

редуктазной активности в условиях среднего уровня азотного удоб- ".

рения Ш г ) «а II-18? . Дальнейшее усиление азотного питания не

изменяло активности нитратредуктазы. ' , . •'•

Удвоение концентрации С02 практически не влияло на сумму ; '.

аминокислот в вегетативных органах ячменя. Оценивая.качественный:'.'•'

состав аминокислот, можно сделать вывод, что в обогащенной СОз . .

атмосфере снижалось содержание глицина на 10-16? в листьях и на •

17-30? в стеблях и серина на 16 и 23? соответственно в зависимо- : •

сти от уровня азотного питания (табл.7). Возможно, данные резуль- '

таты объясняются влиянием высокой концаяграции COg на оксигеназ-' '."

нуп функции РИ>К и, следовательно; на фотодыхание в процессе ко- '

торого образуется глицин и серии (Тарчевский, 1977; Коваль, 1990).

При внесении азотных удобрений в дозах 400 и 600 мг N / к г :'

почвы наблюдалось повышоние содержания аспарагиновой кислоты в •'"

обогащенной С02 атмосфере (табл.7). 'На У1 этапе под действием "...

двойной концентрации СОг увеличивалось содержание аспарагиновой ''

кислоты в вариантах N g H N 3 в листьях на 21 и 15% в стеблях; ,',',

ва 17 и 23? соответственно. По мнению Андреевой и др. (I99B), ' -"

избыток азотсодержащих ассимилятов (что наблюдается ь обогащен-?' •

кой атмосфере) временно выводится из метаболического.пула в ви- '

дв аспарапшоБой кислоты,• в результате поддерживается согласо-

ванность процессов фотосинтеза и азотного обмена. '•. ; ' •.•'-,;. '•„

• Влияние обогащения атмосферы С02 на содержание белка и *.'«: , ,.'

крахмала в зерне ячменя в разлпчмкх условиях азотного питания' . ' '

и водообеспечения. Содержание белка и крахмала в зерне пивова- • У^

репного ячменя являются химическими показателями качества з е р н а . ,

" В наших окспорлментах содержание белка в зерне.увёличива-. : .'•

лось с возрастанием уровня азотного питания, что согласуется с ; :


Таблица 7

Содержание глицина, сернна и аспарагиновой кислоты (мг/г)в зависимости от уровня азотного питания и концентрации О

'•••' г

Этап!

У1

УП

IX

У1

УН

и

У1

УП

I I

0.035 \

2.00

4.673,92

2.161,39

5.445,38

3,723,12

2,101.46

12.27Ь,23

10,856.03

5.573,17

ы 0 . 50.070 j

5,552.05

4,543,61

LSI1,08

5,235.29

3̂ 322.99

2,031,26

12,7610,33

12.596,38

4,882,71

0,05

0 fI30,31

0,170,31

0,210.09

0,40*0,13

0.070,20*

] 0,035

Глицин

В .074,а?

9,026,45

4.784.18

Серии

7.36

б.ва5.79

5,304.44

\о.

1л4.

6.5.

з!

«!5,5,

з"

Аспарагиновая

0,492710*

1.740,35

0.690,46

24.7933.15

20.7826,90

12.8115,98

30

за2833

1419

*2

дао

те

В.23

23,53

ДЗ

г 9 2

,00

,68.27

0 .

Т.

о!

0,0,

о,0,

. II

i

м i

—110*22*

55*"65*

21,15

Г96*,79*

.62*,77*

кислота

,09.63

.07

.30

,83,46

55

76

23

,30*,48

,29*.40*

.48*

0.0351

8.519.03

6.31

5_«5jr4.42

7,035.72

7,467.21

5,505.46

33.9532.01

25,9440,08

19,5432.37

t

0,

7,

s.

5,

t,

6,

66

55

3939

3049

1934

070

asG9

_80

,30

ill,03

i§2,60

,06.87

.12

Ш..50

fb7.65

2734*

о.вз*1 . 0 1 *

ОТЗЭ

0,420,12

1.40*0,34

0,380,18

5.12*7,49*

9|l3*

2.28

-19 —


допиши, изложенными в литературе (Павлов. 1990; Прохоров и др. ,

I W 0 ) . Действие повышенного содержания С02 в атмосфере проявля- '

лось лишь и условиях хорошей обеспеченности азотным удобрением

(при внесении 40U и 600 нг К / к г почвы), где наблюдалось умень-

шение содержания белка в зерме в.варианте JM2 с 13,91 до. 12,43?

в Ш1>.иште Ыц - с 17,39 до X3,'S7%. Это связано с тем, что в зерне

пиноьорешюго ячменя осуществляется углеводный тип обмена, кото- .

рый том более усиливается при поьишшши концентрации COg в атмо-

сфере, в розулыато содержание белка уменьшается. При ограничен-

ном водообоспочошш происходило увеличение количества белка в •

зерне: в нормальной атмосфере - на 24%, в обогащенной - на I2&.

13 наших онмтах наблодалось уменьшен но содержания крахмала

под дейоть»:еы ьоз^асталхцих доз азотных удобрений. Наибольший

3l>J'UKf от удвоения коидонтрацки СОо на данный показатель отме-

ЧПН в варианта Лз> где содержание крахмала увеличивалось с

47,Ы до СЗ.Оо'^, что может бить обусловлено, стабилизацией угле-

BOAHOIX) обмена а атмосфера, обогаЕ\енной СОо» Аналогичная законо- •

мерность наблюдалась и в условиях ограниченного водообос;шчения. •

Слецопатшшю, з1«1'ЙКТ дейстшш С02 на химические показате-

ли качестиа зорпа в значительной степени определяется уровнем,

обесноченчостл растоккй азотам* в услов:1ями водного режима. _

' . 3 U В О Л U .'. .. " • ••'• ' . " • ' '

1 . Э.Мект действия иошшенноЯ концентрации С02 в атмосфере' .

на рост, ' развитие и продуктивность яч,\.еия зависел от уодовиЭ

азотного ПЕташм. а условиях, недостатка азота в почве реакция

растений на удвоение колцентргог/.и COg неэначательна, ...;••'

2 , Оптимальный уровень азотного nsiTtuwi способствовал у в в - ,.'

дшчоииы биомассы растений яч^оня в cSoiaj;eHHOii атмосфере D срод-

ном ка ЬО,'. ' - . .* " ". •• ' : • *• •• '' ' '. . • - 2 0 - • • • • . . - - . ••.- - * ;, ' - . ' • • '


3 . Влияние повышенной концентрации углекислого газа на

площадь ассимиляционной поверхности при хорошей обеспеченности

азотом проявлялось как на главном побеге, так и на боковых по-

бегах.

4 . Работа колоса, являющегося важна!шим акиептирукщш ор-

ганом, активизировалась на |юне повышеяной концентрации CCtj,

что способствовало улучшению донорно-акцепгорных отношений и уве-

личению массы зерна.

5 . Под действием удвоения концентрации С02 в атмосфере про-

дуктивность ячменя увеличивалась на 40-58* в оптимальных услови-

ях азотного питания. Обогащение атмооферы углекислым газом сни-

мало ингибирудаий эффект избыточной дозы азотного удобренля,

что также приводило к повышению зерновой продуктивности р ютений.

5. Удвоение содержания углекислого газа в условиях ограни-

ченного водообеспечення способствовало увеличению продуктивнос-

ти на 33-55$ по годам исследования, что связано с повышением

эффективности использовандя поды растениями.

7. Повышенная концентрация С02 шзнвтла снижрние соиержа-

яия общего азота в органах растений, однако в условиях оптималь-

ной обеспеченности азотом, в связи с интенсивным нарастанием

биомассы, увеличивалось его накопление.

8. Содержание аминокислот в вегвтатимшх оргзнах ячмвня

практически не зависело от концентрации углекислого m a n ; одаа-

ко, в обогащенной СОг атмосфере изменялся качеатвеннчй состав

аминокислот: снижалось содержание глицина и сврлна п среднем

на 20% а увеличивалось содержание аспарагиновой кислоты.

9. Обогащение атмосферы С02 улучшало химические показатели

качества зерна пивоваренного ячменя, увеличивая содерясание крах-

мала и снижая количество белка.

_ 21 _


Список работ, опубликованных по теме диссертации:.. . * - ^

1 . Ниловская Н.Т.. Осипова Л.В. , Пухальохая Н.В.. Колесо-

ва Н.Б. Климат и продуктивность зерновых культур //Химизация

сельского хозяйства. - 1991. - * I I . - С;87-91. •"...* '-• .....

2 . Ниловская Н.Т.. Осипова Л.В., Колесова Н.Б. Влияние раз-

личной концентрации углекислоты на продуктивность ярового ячменя

в зависимости от уровня обеспеченности азотом //Газообмен расте-

ний в посевах и природных фитоценозах: Тез.1 докл. рабочего сове-

щания 17-19 марта 1992 г . , Сыктывкар, - С.55-56., / • • - \; .'

- 22 -


Объем l'/s п. л . Заказ 147. . Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44 *"


Documents

481.влияние азотного питания на продукционный процесс ячменя при повышенном содержании со, в атмосфере