Влияние лесных полос на фотосинтетический потенциал ярового ячменя

Увеличение производства зерна требует новых путей повышения урожайности зерновых культур. Изучение взаимодействия растений в зависимости от удаленности от лесной полосы имеет в настоящее время особую актуальность. В научной статье приведены результаты изучения ярового ячменя в зависимости от удаления от лесных полос.

Цель исследований заключалась в проведении сравнительного анализа фотосинтетической деятельности посевов ярового ячменя. Для достижения поставленной цели необходимо было определить и рассчитать: площадь листовой поверхности; фотосинтетическую деятельность посевов; количество сухой фитомассы; чистую продуктивность фотосинтеза.

Исследования показали, что максимальный фотосинтетический потенциал (ФП) достигал в фазу «выход в трубку-колошение», что в 1,5 раза больше, чем в фазу «кущение-выход в трубку» и «колошение-молочная спелость». Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) ярового ячменя была максимальная в фазу «выход в трубку-кущение», минимальная в фазу «колошение– молочная спелость». Накопление сухого вещества также отмечалась максимальное в фазу «выход в трубку-колошение», минимальное в фазу «колошение-молочная спелость». Площадь листьев влияла на формирование массы 1000 зерен и числа продуктивных стеблей в фазу колошения: R= 0,5…0,7; R=0,5…0,6 соответственно в зависимости удаления от лесной полосы. В фазу молочной спелости установлена достоверная корреляционная связь площади листовой поверхности с массой зерен в главном колосе в 2017, 2018 и 2019 годы (R=0,7, 0,5, 0,6 соответственно). Отмечено благоприятное воздействие защитных лесонасаждений на свойства почв, а также на рост, состояние и урожайность сельскохозяйственных культур.

Результаты исследования свидетельствуют о важной роли лесных полос. Областью применения разработок является зона почв Нижнего Поволжья.
Введение. В полеводстве выращиваемые растения находятся в многосторонней и тесной связи с окружающей средой. Получить максимальную продуктивность и качество урожая можно только при благоприятном сочетании всех факторов развития растений и технологической дисциплине. Однако недостаток одного из условий жизни растения угнетает его развитие, а отсутствие приводит к гибели. В практике земледелия чаще приходится сталкиваться с недостатком питательных веществ и воды, а в последнее время и с экстремально высокими температурами. В ходе вегетации величины интенсивности фотосинтеза и продуктивности растений могут быть изменены с помощью различных агротехнических приемов, причем наиболее мощным фактором является и водный режим. Вопрос о влиянии водообеспеченности на интенсивность фотосинтеза, фотосинтетическую деятельность и урожайность ячменя рассмотрен многими авторами.

Взаимосвязь растений в агроценозе носит непосредственный характер, зависящий от многих факторов. Этого можно добиться при создании благоприятных условий для роста и развития растений.
В процессе фотосинтеза растения усваивают из внешней среды весь углерод, за счет которого формируется 42-45 % массы сухого органического вещества. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах включает в себя ряд важнейших показателей: размеры фотосинтетического аппарата, быстроту его развития, продолжительность и интенсивность работы листьев, показатель чистой продуктивности фотосинтеза. Все процессы, происходящие при фотосинтезе, закономерно зависят от условий внешней среды. Показатели площади листьев, продолжительность их работы и накопление сухой биомассы определяют продуктивность фотосинтетической деятельности посевов. Площадь листьев является одним из важных показателей, характеризующих фотосинтетическую деятельность растений, и урожай тесно связан именно с размерами площади листьев.

Цель исследований заключалась в проведении сравнительного анализа фотосинтетической деятельности посевов ярового ячменя в зависимости от удаления от ЛП. Для достижения поставленной цели необходимо было определить и рассчитать: площадь листовой поверхности; фотосинтетическую деятельностьпосевов; количество сухой фитомассы; чистую продуктивность фотосинтеза.

Условия и методы исследований. Исследования проводились на опытном поле НВНИИСХ, расположенном в светло-каштановой подзоне сухостепной зоны каштановых почв Нижнего Поволжья. Территория хозяйства – слабоволнистая равнина. Климат резко континентальный, ГТК=0,5-0,6. Сумма среднесуточных положительных температур воздуха равна 3400-3500ºС. Среднегодовое количество осадков 300-350 мм. Амплитуда минимальных и максимальных температур – 7,8ºС (от +43ºС до -35ºС). Почвы низко обеспечены азотом, средне – фосфором и повышенно – калием. Содержание гумуса – 1,2-2,0%, рН=7-8. Опыт закладывался согласно методикам сухостепной зоны Нижнего Поволжья. Основная обработка почвы чизелевание на 0,3-0,32 м с оборотом поверхностного пласта на глубину 0,2-0,22 м орудием ОЧО-5-40 и многофункциональными рабочими органами модульного типа «РАНЧО» (отвал и широкое долото). Высевали яровой ячмень Медикум 139, норма высева 3,8 млн. шт//га. Высота лесной полосы 5 метров, 4-х рядная. Породный состав: клен, вяз, уплотнена смородиной золотистой. Сумма осадков за 2017 – 2019 сельскохозяйственный год составил 393,0 мм против среднемноголетнего значения 339,2 мм. Ассимиляционная площадь листьев ярового ячменя определялась методом «высячек», а накопление сухого вещества – весовым методом с последующим высушиванием вегетативной массы растений до воздушно-сухого состояния.

Результаты исследования и их обсуждения. В течение вегетации ярового ячменя за ростом и развитием растений наблюдались фенологические наблюдения. Посев ячменя провели по мере поспевания почвы. Благодаря достаточной влаги в почве и оптимальным климатическим условиям всходы появились на 10 день (среднее за 2017-2019 гг), кущение наступило через 14 дней (среднее за 2017-2019 гг).

Оптимально ориентированная в пространстве фотосинтезируемая система сельскохозяйственных посевов, главным образом листовая поверхность, позволяет наиболее полно использовать почвенно-климатические ресурсы региона и получить максимальный эффект от приемов агротехнического воздействия. Площадь и продолжительность работы ассимиляционной поверхности листьев сельскохозяйственных культур имеют определяющее значение в формировании их урожайности.
Максимальной величины площадь листовой поверхности одного растения достигала в фазу колошение 36-39,5 см2 
в зависимости от удаления от лесной полосы. Начиная с фазы колошения ассимилирующая поверхность сильно сокращалась за счет усыхания на растениях нижних листьев, а к фазе молочной спелости она составила 16,7-26,1 см2.
Минимальная площадь листовой поверхности растений была в фазу всходы-кущение и достигала 12-22,8 см2 в зависимости от удаление от ЛП.
Более комплексную характеристику деятельности ассимилирующей поверхности дает фотосинтетический потенциал посевов (ФП). Он позволяет судить о мощности рабочей поверхности листьев ярового ячменя в целом за весь период вегетации, а размеры его определяются погодными условиями, нормами высева и технологическими агроприемами.

Результаты исследований показали, что уже на ранних этапах онтогенеза у ячменя наблюдаются различия по размерам листового аппарата в зависимости от удаления от лесной полосы.
Фотосинтетический потенциал посевов ярового ячменя в среднем за три года исследований изменялся аналогично динамике формирования листовой поверхности. Максимальной величины ФП достигал в межфазный период «выход в трубку-колошение», что в 1,5 раза выше, чем в фазу «Кущение-выход в трубку» и в последующую фазу «колошение-молочная спелость»(рисунок 1).

Рисунок 1. Фотосинтетический потенциал посевов ярового ячменя (тыс.м2/га сутки, среднее за 2017-2019 гг)

Определяющим фактором формирования урожая полевых культур является фотосинтетическая деятельность растений, которая, прежде всего, зависит от величины листовой поверхности и от ее работоспособности, т.е. продуктивности фотосинтеза. Сравнительное изучение продуктивности фотосинтеза ярового ячменя показало, что интенсивность накопления сухого вещества на единицу листовой поверхности в течении вегетации значительно изменяется.
В среднем за годы исследований (рис.2) за межфазный период «кущение-выход в трубку» чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) колебалась от 0,07 до 0,13 г/м2 сутки в зависимости от удаленности от ЛП. 

Рисунок 2. Чистая продуктивность фотосинтеза ярового ячменя (среднее за 2017-2019 гг)

В межфазный период «выход в трубку-колошение» этот показатель достигал максимума и достигал от 0,15 до 0,31 г/м2 сутки, затем в фазу «колошение-молочная спелость» ЧПФ снизился от 0 до 0,15 г/м2 сутки в зависимости от удаление от ЛП. 
Для определения особенностей формирования продуктивности ярового ячменя под влиянием ЛП большое значение имеет изучение динамики накопления массы абсолютно сухого вещества растениями. Исследования показали, что активно накопление абсолютно сухого вещества растениями ярового ячменя происходит в фазу «выход в трубку» и составляет от 600 до 889 г/м2 в зависимости от сохранности растений к уборке и удаленности от ЛП, затем эти показатели уменьшаются за счет утраты части листьев и за счет расхода пластических веществ на дыхание (рисунок 3).

Рисунок 3. Динамика накопления сухого вещества в посевах ярового ячменя (среднее за 2017-2019 гг)

Динамика накопления массы сухого вещества растениями ярового ячменя зависит от агротехнологиеских приемов, погодно-климатических условий и т.д. Влияние нормы высева семян и густоты посева ярового ячменя на накопление сухого вещества ведет к сокращению массы сухого вещества на единицу площади посева. Это отчетливо выражено в фазу «кущение-молочная спелость».
Под влиянием ЛП значительно меняются элементы структуры урожая ярового ячменя (рис.4 а,б).

Рисунок 4. (а,б) Структура урожая ярового ячменя (среднее за 2017-2019 гг)

Количество продуктивных стеблей ярового ячменя к фазе созревания зерна за три года исследований соответствовало 258-452 шт./м2. Количество зерен в колосе у ярового ячменя изменялось от 16 до 18 шт./м2 на разной удаленности от ЛП. Такая же закономерность прослеживается и по массе 1000 зерен. 
Площадь листьев существенно влияла на формирование массы 1000 зерен и числа продуктивных стеблей в фазу колошения: R= 0,5…0,7; R=0,5…0,6 соответственно в зависимости удаления от лесной полосы. В фазу молочной спелости установлена достоверная корреляционная связь площади листовой поверхности с массой зерен в главном колосе в 2017, 2018 и 2019 годы (R=0,7, 0,5, 0,6 соответственно).

Выводы. Исследования показали, что максимальная площадь листовой поверхности, величина фотосинтетического потенциала, чистая продуктивность фотосинтеза, накопление сухого вещества были наилучшими на расстоянии 10-20Н от удаленности от лесных полос. В условиях сухостепной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья целесообразность создания полезащитных лесных насаждений способствует улучшению показателей микроклимата на прилегающем пространстве, которые оказывают благоприятное влияние на возделываемую сельскохозяйственную культуру. 

Семинченко Е.В., н.с., соискатель, (ФНЦ агроэкологии РАН)