The effect of fertilizers and pre-sowing treatment of seeds and crops on the photosynthetic activity of spring wheat crops in the conditions of the Kama region of the Republic of Tatarstan

Full Text

Высокий урожай зерновых можно получить при выращивании посевов с высоким фотосинтетическим потенциалом. Для этого необходимо сформировать посевы с такой густотой стояния растений, чтобы площадь их листьев в 4-5 раз превышала площадь поля [1, 2, 3]. Поэтому для зерновых культур оптимальным индексом листовой поверхности (площадь листьев на единицу площади посева) считается 4-5 м²/м², а фотосинтетический потенциал – не менее 1,8 млн*м²сутки/га. В создании урожая фотосинтезу принадлежит ведущая роль, и все агротехнические приемы должны быть направлены на обеспечение оптимальных условий для лучшего использования растением солнечной энергии и протекания процесса фотосинтеза. Продуктивность фотосинтеза зависит от многих показателей: интенсивности протекания процесса, биологических особенностей сорта, размера и продолжительности работы ассимиляционной поверхности, уровня минерального питания [4] и применения на посевах концентрированных органоминеральных комплексных жидких удобрений. Таким образом, изучение влияния минеральных удобрений совместно с новыми регуляторами роста на нарастание ассимиляционной поверхности, изучение оптимального хода ее формирования, является актуальной проблемой и перспективным направлением повышения продуктивности растений [5, 6, 7].

Фотосинтез – основной процесс питания растений, в результате его образуется до 90-95% сухой массы урожая. Быстрота развития, размеры листового аппарата, продолжительность его работы – важные показатели, отражающие продуктивность посевов [8, 9, 10].

По данным А. А. Ничипоровича (1963), М. К. Каюмова (1977), величина урожая зерна находится в тесной зависимости от размеров и продуктивности листовой поверхности. Они считают, что для формирования высоких урожаев зерновых культур листовая поверхность должна довольно быстро достигнуть максимума, сохраниться какое-то время на этой высоте, а затем отмереть с одновременной передачей пластических веществ в репродуктивные органы [11, 12].

Цель исследований – установление степени влияния минеральных удобрений и концентрированных органоминеральных комплексных жидких удобрений на фотосинтетическую деятельность посевов яровой мягкой пшеницы сорта Ульяновская 105.

Задачи исследований – определение площади листьев по фазам развития и чистой продуктивности фотосинтеза на посевах яровой пшеницы.

Материал и методы исследований. Работу выполняли в 2021-2023 годы на поле ООО АФ «Аю» Арского района Республики Татарстан (РТ). Почва участка, на котором проводили опыт, светло-серая лесная, по гранулометрическому составу – среднесуглинистая. В пахотном слое содержание гумуса по Тюрину составляло 1,9% (ГОСТ 26213-74 «Почвы. Методы определения органического вещества»), подвижного фосфора и калия по Кирсанову в модификации ЦИНАО – соответственно 145 мг/кг и 127 мг/кг (ГОСТ 26207-84 «Почвы. Определение подвижных форм фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО»), кислотность почвы – 6,4 рН (ионометрическим методом, ГОСТ 24483-85 «Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО»). Дозы внесения минеральных удобрений устанавливали расчётно-балансовым методом на урожайность зерна 3 т/га, которые составили N₁₀₆P₂₇K₄₁. Материалом для исследований являлся сорт яровой мягкой пшеницы Ульяновская 105, который размещали в севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар ‒ озимая рожь ‒ яровая пшеница ‒ яровой ячмень ‒ овёс. Использованная в полевых опытах агротехника общепринятая в РТ, за исключением изучаемых вариантов. Оценивали влияние минеральных удобрений и концентрированных органоминеральных комплексных жидких удобрений Batr Gum, Batr MaX производства «Сервис Агро», регистрационный номер: 483-13-1908-1.

В состав препарата Batr Gum входят аминокислоты – 5%, MgО – 0,5%, SO₃ ‒ 1,2%, Zn – 0,05%, Cu ‒ 0,05%, Fe – 0,02%, Mn ‒ 0,05%, В ‒ 0,18%, Мо – 0,05%, Se ‒ 0,001%. Batr MaX содержит N ‒ 5%, Р₂О₅ – 6%, К₂О ‒ 9%, MgО – 0,15%, SO₃ – 2,3%, Zn – 0,05%, Cu ‒ 0,05%, Fe – 0,02%, Mn ‒ 0,05%, В ‒ 0,018%, Мо – 0,02%, Se ‒ 0,001%.

Схема полевого опыта предусматривала следующие варианты:

1) без удобрений, без предпосевной обработки семян, опрыскивание в фазе кущения яровой пшеницы гербицидом, опрыскивание в фазе выхода в трубку инсектицидом – контроль;

2) без удобрений, обработка семян препаратом Batr Gum в дозе 0,5 л/т, опрыскивание в фазе кущения гербицидом + Batr MaX 1 л/га, опрыскивание в фазе выхода в трубку инсектицидом + Batr MaX 1 л/га;

3) NPK на 3 т/га зерна, без предпосевной обработки семян, опрыскивание в фазе кущения яровой пшеницы гербицидом, опрыскивание в фазе выхода в трубку инсектицидом;

4) NPK на 3 т/га зерна, обработка семян препаратом Batr Gum в дозе 0,5 л/т, опрыскивание в фазе кущения гербицидом + Batr MaX 1 л/га, опрыскивание в фазе выхода в трубку инсектицидом + Batr MaX 1 л/га.

Яровую пшеницу высевали рядовым способом с нормой 6 млн всхожих семян на 1 га на глубину 5 см сеялкой СЗП-3,6А. Обработку семян проводили за один день до посева. Площадь делянки – 54×250 м. Повторность опытов трёхкратная. Обработку посевов выполняли прицепным опрыскивателем ОМПШ-2500. Наблюдения за ростом и развитием растений в посевах осуществляли по методике Государственного сортоиспытания: отмечали календарные даты посева, начала и полных всходов. Анализ биологического урожая и его структуры проводили сноповым методом (сохранность растений, продуктивная кустистость, масса зерна, масса соломистой части образца, масса 1000 зерен). Уборку урожая осуществляли в фазе полной спелости поделяночно прямым способом. Учёт фактической урожайности по делянкам выполняли с пересчётом на 14% влажность и 100% чистоту зерна [13]. Показатели фотосинтетической деятельности посевов (площадь листьев, фотосинтетический потенциал, чистая продуктивность фотосинтеза, накопление биомассы) определяли по общепринятой методике [14]. Расчёты экономической эффективности изучаемых агроприемов и статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.)

Метеорологические условия 2021 года в период вегетации яровой пшеницы характеризовались высокими температурами в мае, в июне – выпадением 40% нормы осадков (табл. 1). В 2022 году в мае минимальная температура воздуха опускалась до 1°С, в июне и июле – до 6°С, сумма осадков в мае и июне составляла половину климатической нормы за этот период. В 2023 году в мае сумма активных температур была в 2,2 раза больше многолетних значений, гидротермический коэффициент за июнь, июль, август составил всего 0,09...0,69 ед.

 

Таблица 1. Метеорологические условия в период вегетации яровой пшеницы

Показатель	Месяц
	Май	Июнь	Июль	Август
2021 г.
Осадки, мм	39	25	30	13
Максимальная температура воздуха, о С	+32	+35	+32	+31
Минимальная температура воздуха, о С	+8	+14	+14	+17
Сумма активных температур, о С	619	785	851	373
Гидротермический коэффициент	0,63	0,32	0,35	0,35
2022 г.
Осадки, мм	22	28	70	15
Максимальная температура воздуха, о С	+17	+24	+28	+31,15
Минимальная температура воздуха, о С	1	+6	+6	+12,2
Сумма активных температур, о С	342	638	769	859
Гидротермический коэффициент	0,64	0,44	0,91	0,17
2023 г.
Осадки, мм	32	6	53	4
Максимальная температура воздуха, о С	+30	+28	+33	+33
Минимальная температура воздуха, о С	+2	+10	+13	+16
Сумма активных температур, о С	532	564	766	135
Гидротермический коэффициент	0,60	0,09	0,69	0,29
Средние многолетние значения (климатическая норма)
Осадки, мм	35	61	68	40
Максимальная температура воздуха, о С	15,8	19,6	23,3	22,2
Минимальная температура воздуха, о С	9,2	12,8	16,1	14,7
Сумма активных температур, о С	240	599	1030	1275
Гидротермический коэффициент	1,46	1,02	0,66	0,31

 

Результаты исследований. На динамику формирования листовой поверхности яровой пшеницы оказывало влияние внесение минеральных удобрений и концентрированных органоминеральных комплексных жидких удобрений Batr Gum, Batr MaX.

Применение минеральных удобрений существенно увеличило площадь листовой поверхности по сравнению с контролем. Наибольшее влияние на динамику листовой поверхности оказал вариант, где применялись минеральные удобрения и жидкие удобрения марки Batr, в среднем за три года увеличив листовую поверхность в фазе выхода в трубку на 3,83 тыс. м²/га по сравнению с внесением только минеральных удобрений (табл. 2). Максимальная площадь листовой поверхности в среднем за три года отмечалась в фазе колошения и достигала в варианте 4, NPK рассчитанном на получение 3 т/га зерна + Batr (0,5 л/т +1 л/га +1 л/га) – 34,06 тыс. м²/га.

Применяемые жидкие удобрения марки Batr оказывали заметное влияние на величину листовой поверхности растений яровой пшеницы с фазу кущения, где она составила в среднем за 2021-2023 гг. 10,37 тыс. м²/га. Но при применении жидких удобрений марки Batr с минеральными удобрениями с фазы кущения, площадь листовой поверхности увеличивалась в среднем за 3 года на 4,34 тыс. м²/га. Важна не только величина листовой поверхности, но и продолжительность функционирования этой листовой поверхности, то есть листовой фотосинтетический потенциал (ЛФП).

В 2021 году ЛФП яровой пшеницы на фоне без удобрений, без обработки семян и посевов (контроль) за межфазный период всходы – кущение составил 26 тыс. м²/суток на 1 га, за период кущение – выход в трубку – 121, за период выход в трубку – колошение – 196, за период колошение – молочная спелость – 236 и в целом за период вегетации – 579 тыс. м²/суток на 1 га (рис. 1).

 

Рис. 1. Листовой фотосинтетический потенциал яровой пшеницы в зависимости от фона питания, обработок семян и посевов, тыс. м² /суток на 1 га за 2021 год

 

На фоне без удобрений при обработке семян препаратом Batr Gum и опрыскивании Batr MaX ЛФП яровой пшеницы за те же межфазные периоды увеличились и за период вегетации составили – 873 тыс. м²/суток на 1 га. При внесении NPK в расчете на получение 3 т/га зерна без использования препаратов Batr Gum, Batr MaX ЛФП за вегетацию составил 952, а при обработке семян и посевов этими препаратами – 1224 тыс. м²/суток на 1 га.

 

Таблица 2. Динамика формирования площади листьев яровой пшеницы в зависимости от фона питания, обработок семян и посевов (тыс. м² /га), за 2021-2023 гг.

Фазы вегетации растений	Варианты Годы			Средняя за 2021-2023 годы
	2021	2022	2023
1. Без удобрений – Контроль
Кущение	6,17	8,06	10,23	8,15
Выход в трубку	14,91	17,95	24,60	19,15
Колошение	15,32	18,73	25,0	19,68
Молочная спелость	6,09	8,60	11,54	8,74
2. Без удобрений + Batr (0,5 л/т +1 л/га +1 л/га)
Кущение	9,48	10,36	11,27	10,37
Выход в трубку	18,45	23,08	25,86	22,46
Колошение	20,28	24,06	26,30	23,55
Молочная спелость	9,70	10,42	12,13	10,75
3. NPK на 3 т/га зерна – без обработок семян и посевов
Кущение	10,28	13,23	13,68	12,40
Выход в трубку	23,65	29,50	34,92	29,36
Колошение	23,98	31,67	35,90	30,52
Молочная спелость	10,46	13,72	15,60	13,26
4. NPK на 3 т/га зерна + Batr (0,5 л/т +1 л/га +1 л/га)
Кущение	12,95	15,22	15,95	14,71
Выход в трубку	30,39	33,93	35,25	33,19
Колошение	31,15	34,83	36,20	34,06
Молочная спелость	13,25	15,0	15,80	14,68

 

В 2022 году погодные условия в период вегетации яровой пшеницы были более благоприятными, что способствовало более сильному влиянию внесенных минеральных удобрений, обработки семян и посевов на ЛФП. Этот показатель за вегетацию по контролю составил 752, по второму варианту – 967, по третьему – 1235, по четвертому – 1421 тыс. м²/суток на 1 га (рис. 2).

 

Рис. 2. Листовой фотосинтетический потенциал яровой пшеницы в зависимости от фона питания, обработок семян и посевов, тыс. м² /суток на 1 га за 2022 год

 

В 2023 году метеорологические условия в июне отличались малым количеством выпавших осадков, а гидротермический коэффициент составил всего 0,09, что уменьшило влияние обработки семян и посевов на величину ЛФП яровой пшеницы (рис. 3). Если на контроле ЛФП за вегетацию составил 1009, то при использовании Batr Gum, Batr MaX он увеличился до 1124, а при внесении минеральных удобрений до 1398 тыс. м²/суток на 1 га. Наибольшее значение ЛФП за вегетацию яровой пшеницы получили при внесении минеральных удобрений и использовании Batr Gum, Batr MaX – 1491 тыс. м²/суток на 1 га.

 

Рис. 3. Листовой фотосинтетический потенциал яровой пшеницы в зависимости от фона питания, обработки семян и посевов, тыс. м² /суток на 1 га за 2023 год

 

Согласно литературным источникам, продуктивность растений хотя и связана с величинами фотосинтетического потенциала, но изменяется не всегда пропорционально, что объясняется варьированием по годам продуктивности работы каждой единицы листовой поверхности [10].

Эффективность работы листового аппарата растений находит конечное выражение в чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ). Показатель чистой продуктивности фотосинтеза динамичен. Он зависит как от условий внешней среды, так и от состояния самих растений, в первую очередь от ассимиляционной работы листьев и площади их поверхности.

 

Рис. 4. Чистая продуктивность фотосинтеза яровой пшеницы в зависимости от фона питания, обработки семян и посевов, г/м² в сутки за 2021 год

 

На посевах яровой пшеницы в 2021 году на контроле чистая продуктивность фотосинтеза за межфазный период всходы-кущение составила 3,1 г/м²в сутки, за период кущение-выход в трубку – 6,0, за период выход в трубку-колошение – 5,2, за колошение-молочная спелость снизилась до 1,0 г/м²в сутки (рис. 4). При обработке семян препаратом Batr Gum и опрыскивании посевов Batr MaX средневзвешенная за вегетацию ЧПФ яровой пшеницы повысилась на фоне без удобрений на 1 г/м² в сутки, а на удобренном фоне на 0,5 г/м² в сутки. Использование расчетных доз минеральных удобрений способствовало, прежде всего, усилению ростовых процессов, увеличению площади листьев, что вызвало затенение листьев друг другом, а затем и снижение средневзвешенной за вегетацию ЧПФ до 3,4…3,9 г/м² в сутки.

 

Рис. 5. Чистая продуктивность фотосинтеза яровой пшеницы в зависимости от фона питания, обработки семян и посевов, г/м² в сутки за 2022 год

 

В 2023 году средневзвешенная за вегетацию ЧПФ была в пределах 3,8…5,2 г/м² в сутки (рис. 6). За три года исследований выявлено, что обработка семян препаратом Batr Gum и опрыскивании посевов яровой пшеницы Batr MaX на без удобренном и удобренном фонах питания увеличили средневзвешенную за вегетацию ЧПФ на 0,2 г/м² в сутки. При внесении NPK в расчете на получение 3 т/га зерна происходило увеличение площади листьев, а средневзвешенная за вегетацию ЧПФ за годы исследований уменьшалась на 0,8…0,4 г/м² в сутки.

 

Рис. 6. Чистая продуктивность фотосинтеза яровой пшеницы в зависимости от фона питания, обработки семян и посевов, г/м² в сутки за 2023 год

 

В 2022 году метеорологические условия способствовали увеличению не только ЛФП, но и средневзвешенного за вегетацию ЧПФ по сравнению с показателями 2021 года по контролю на 1,1 г/м² в сутки по обработке семян и посевов на 0,7, по удобренному фону без обработки семян и посевов на 0,9 и по удобренному фону при обработке семян и посевов на 0,4 г/м² в сутки (рис. 5).

 

Формирование листовой поверхности растений на единице площади поля, продолжительность работы этой поверхности, то есть ЛФП и интенсивность синтеза органических веществ, ЧПФ дают возможность нам объяснить, какие факторы, в какую фазу значительно повлияли на рост и развитие яровой пшеницы, в конечном счёте на урожайность культуры. Средняя урожайность яровой пшеницы за 2021 год составила 2,07 т/га, а в более благоприятные 2022 и 2023 гг. 2,65…2,84 т/га (табл. 3). За годы исследований средняя урожайность на контроле составила 1,81 т/га, а при использовании препаратов Batr Gum и Batr MaX прибавка урожайности составила 0,39 т/га.

 

Таблица 3. Урожайность яровой пшеницы в зависимости от минеральных удобрений и предпосевной обработки семян и опрыскивания посевов, т/га

Варианты	Урожайность, т/га			Средняя за 2021- 2023 гг.	Прибавка, т/га
	2021 г.	2022 г.	2023 г.
1. Без удобрений, без обработки (Контроль)	1,32	1,82	2,28	1,81	-
2. Без удобрений, Batr (0,5 л/т +1 л/га +1 л/га)	1,99	2,34	2,54	2,20	0,39
3. NPK на 3 т/га зерна, без обработки семян и посевов	2,17	2,99	3,16	2,77	0,96
4. NPK на 3 т зерна, Batr (0,5 л/т +1 л/га +1 л/га	2,79	3,44	3,37	3,20	1,39
Средняя	2,07	2,65	2,84	2,52	-
НСР05	0,25	0,36	0,42	-	-

 

Использование расчётных доз NPK на получение 3 т/га зерна сильно повлияло на увеличение урожайности, особенно в 2022 и 2023 годы, прибавка в среднем за три года составила 0,96 т/га, а при обработке семян и опрыскивании препаратами Batr Gum и Batr MaX прибавка составила 1,39 т/га. Массовая доля белка в среднем за годы исследований по этому варианту составила 14,5%, тогда как на контроле 12,6%, а количество клейковины соответственно 26,2 и 16,6%.

Заключение. За годы исследований самые большие показатели листового фотосинтетического потенциала (ЛФП) за вегетацию яровой пшеницы были получены при использовании минеральных удобрений NPK на получение 3 т/га зерна, при обработке семян препаратом Batr Gum и опрыскивании посевов препаратом Batr MaX в 2021 году – 1224, в 2022 – 1421 и в 2023 году – 1491 тыс. м²/суток на 1 га. Так же выявлено, что в этом варианте с увеличением ЛФП уменьшается средневзвешенная за вегетацию чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ), но не менее чем на 3,8 г/м² в сутки. Урожайность яровой пшеницы сорта Ульяновская 105 в среднем за 2021-2023 гг. при использовании минеральных удобрений N₁₀₆P₂₇K₄₁, препаратов Batr Gum (0,5 л/т) и Batr MaX (1 л/га+1 л/га) увеличилась на 77% по сравнению с контролем.

 

 

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.

About the authors

Marat F. Amirov

Kazan State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: m.f.amirof@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8585-1186

Doctor of Agricultural Sciences, Professor

Russian Federation, Kazan

Airat Ya. Safiullin

Kazan State Agrarian University

Email: airatsafiullin1996@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-2044-1676

postgraduate student

Russian Federation, Kazan

References

Supplementary files