Сравнительная продуктивность сортов гороха полевого в условиях Калужской области

Селекционеры добились больших успехов в увеличении урожайности новых сортов, но вопросы качества зерна еще не решены.

Существенно усложняет селекционную работу наличие отрицательной корреляции между урожайностью и содержанием белка в семенах. Несмотря на то, что в ряде работ обосновывается возможность сочетания этих признаков и значительные усилия селекционеров и генетиков направлены на разработку методических вопросов повышения качества семян у гороха, к настоящему времени весомых сдвигов в практическом разрешении этой проблемы не достигнуто. Поэтому высказывается мнение о большей целесообразности ведения отбора на повышение урожайности при среднем содержании белка в семенах [18; 22].

Селекция гороха на высокую семенную продуктивность сопровождалась изменением архитектоники растений, уменьшением высоты стебля и сокращением вегетационного периода. Существенно уменьшилось и соотношение между массой вегетативных органов и семян. При неизменном общем фонде азота в растении на единицу массы семян у новых сортов меньше, чем у стародавних. Это важнейшая причина, определяющая тенденцию к снижению содержания белка в семенах у высокопродуктивных интенсивных сортов гороха.

Исследования, проведенные во ВНИИЗБК и ВИКе, демонстрируют отличные кормовые достоинства не только зеленой массы, но и зерна пелюшки. Селекционеры создали высокопродуктивные сорта пелюшки  на зерно Орпела и Алла, зерноукосной – Зарянка. Целесообразность возделывания зерновых пелюшек подтверждают, с одной стороны, отличные кормовые достоинства зерна, с другой – положительные результаты испытаний в регионах с частым проявлением экстремальных погодных условий.

Исходя из изложенного, можно сделать заключение, что фактором, сдерживающим повышение содержания белка в семенах новых современных сортов гороха зернового использования, является уровень накопления азота в растениях. Резерв перераспределения и транслокации азота из вегетативных органов в семена крайне ограничен. Поэтому увеличение урожайности сортов за счет выхода семян в общем биологическом урожае при лимитированном фонде азота в биомассе растений приводит к относительному снижению содержания азота в семенах [5; 8; 28].

Представляется, что, используя традиционные селекционные методы, крайне трудно преодолеть отрицательную корреляцию между урожайностью и содержанием белка в семенах. Необходимы новые подходы к повышению генотипически обусловленной симбиотической способности и эффективности минерального питания, продолжительности активной жизнедеятельности корневой системы и координации взаимосвязанных отношений между надземной частью растений и корневой системой. Улучшение этих признаков будет способствовать усилению поглощения азота растениями и сглаживанию противоречия между урожайностью и содержанием белка в семенах. Пока этим вопросам у зерновых бобовых культур уделяется мало внимания. Вместе с тем, дальнейший прогресс в селекции гороха на высокую продуктивность и качество семян несомненно должен быть связан с оптимизацией роста, развития и функциональной активности корневой системы.

1.3. Морфологические и биологические особенности гороха полевого

Горох полевой (Pisum arvense)  — однолетнее или зимующее растение. Корневая система стержневого типа, проникающая на глубину до 1-1,5 м. Стебель угловатый, полегающий, длиной от 20 до 250 см. У штамбовых форм утолщен в верхней части и не полегает.

Листья сложные парноперистые, состоящие из 1—3 пар обратнояйцевидных листочков, заканчиваются ветвящимися усиками. В основании они имеют два крупных прилистника. Цветки одиночные или парные, у штамбовых форм до 4 на цветоносе. Соцветие — кисть. Плод — боб прямой или саблевидный с 3—10 семенами. Масса 1000 семян в зависимости от сорта — от 120 до 250 г [23].

Горох, как и другие растения из семейства бобовых, обладает способностью усваивать азот из воздуха с помощью клубеньковых бактерий. Клубеньки на корнях начинают формироваться через 7 – 10 дней после всходов. Максимальный рост отмечается от начала цветения и до начала созревания. При плохом развитии клубеньков наблюдается азотное голодание растений. Поэтому агротехника гороха должна быть направлена на создание лучших условий для развития клубеньковых бактерий.

Важной биологической особенностью гороха является его способность усваивать питательные вещества, в частности фосфор, из труднорастворимых соединений. Корни гороха глубоко проникают в почву и извлекают из неё фосфор и другие необходимые питательные вещества.

Горох — наиболее скороспелая зерновая бобовая культура. Период вегетации колеблется от 65 до 140 дней. Продолжительность вегетационного периода в известной мере зависит от температурных условий лета. При сухой и тёплой погоде в северной части Нечерноземной полосы, например, созревание наступает на 10-15 дней раньше, чем в годы с неблагоприятными погодными условиями [7; 15].

Это самоопыляющееся растение. Самоопыление происходит в фазе закрытого цветка, но в годы с жарким и сухим летом бывает открытое цветение, и может наблюдаться перекрестное опыление. Фаза цветения продолжается 10—40 дней. Вегетативный рост наиболее интенсивно протекает от бутонизации до цветения. Прирост зеленой массы достигает максимума в период плодообразования.

Темпы роста гороха зависят от сортовых особенностей, от условий температуры, влажности и наличия питательных веществ. Горох — светолюбивая культура длинного дня, при недостатке света наблюдается сильное угнетение растений. Горох — культура холодостойкая, скороспелые сорта его возделывают до северных границ земледелия (68°с. ш.). Сумма эффективных температур за вегетацию составляет 1150—1800°С. Семена начинают прорастать при 1—2°С. Всходы легко переносят кратковременные заморозки до 4-5 градусов, что позволяет сеять горох в ранние сроки; в период плодоношения понижения температуры до минус 2—4°С губительны. Оптимальная температура в период формирования вегетативных органов 14—16°С, в период формирования генеративных органов 18—20°С, для развития бобов и налива семян 18—22°С. Жаркая погода (выше 26°С) неблагоприятна для формирования урожая.  Горох требователен к влаге. При прорастании семена поглощают воды 100—115%, т.е. в 2-2,5 раза больше, чем для хлебных злаков. Следовательно, посев гороха нужно проводить рано, когда имеются достаточные запасы весенней влаги в почве. Потребность гороха во влаге по мере его роста постепенно возрастает и достигает наибольшей величины к началу цветения. Излишнее увлажнение горох переносит удовлетворительно, но при этом у него затягивается период вегетации. Недостаток воды снижает урожай зерна гороха. Поэтому все агротехнические мероприятия, особенно в засушливых районах, следует направить на максимальное накопление влаги на полях. Оптимальная влажность почвы должна быть 55-65% НВ. У высокоурожайных сортов гороха коэффициент транспирации 500—1000, что в 2 раз больше, чем у зерновых культур. Критическим периодом по отношению к влаге является период цветение — плодообразование. Это критический период в формировании урожая, когда из-за недостатка влаги, низкой активности симбиоза или других лимитирующих факторов может снизиться завязываемость плодов. С помощью последующих агротехнических мероприятий невозможно повысить урожай, если в этот период завязалось мало бобов [9; 32].

Горох - культура высокоплодородных "пшеничных" почв. Лучшими почвами для гороха являются черноземные среднесвязанные суглинки и супеси с нейтральной или близкой к нейтральной кислотностью. Горох хорошо растёт при рН=7-8. Малопригодны плотные, глинистые, заболоченные, а также легкие песчаные почвы. Неблагоприятны для гороха почвы с высокой кислотностью (рН ниже 4,5), т.к. на кислых и тяжелых заплывающих почвах симбиоз ослаблен и растения испытывают азотное голодание.

Горох при высокой агротехнике хорошо растёт на всяких почвах.

Как и других зернобобовых, у гороха наблюдаются следующие фазы роста: 1) прорастание; 2) всходы; 3) ветвление стебля; 4) бутонизация; 5) цветение; 6) образование бобов; 7) созревание; 8) полная спелость [27].

Потребление питательных веществ идёт в течение вегетационного периода с различной степенью интенсивности. Горох выносит большое количество питательных веществ (с 1т – 45-60кг азота, 16-20кг – фосфора, 20-30кг калия), поэтому рекомендуется вносить минеральные удобрения в соотношении 1:1:1,5.

Азот поглощается растениями в течение продолжительного периода - от всходов до созревания, но наибольшее его количество - в период бутонизации - плодообразования. По данным Чухнина Ю.А., в период цветения - плодообразования поглощается около 37 - 40% азота от его общего потребления. Максимальное содержание азота в растениях обычно приходится на фазу цветения, т.е. когда фиксация его клубеньковыми бактериями идёт наиболее интенсивно. После цветения относительное содержание азота несколько уменьшается. В период налива - созревания семян в растениях происходит перераспределение азота — уменьшение его в листьях и стеблях и увеличение в бобах. У гороха накопление азота за счёт фиксации из атмосферы в зависимости от условий выращивания колеблется от 42 до 78% общего потребления этого элемента из окружающей среды [15; 33; 36].

Фосфор в наибольшем количестве поступает в растения за сравнительно короткий период времени — от цветения до созревания семян. За этот период растения поглощают 60-62% фосфора от его общего содержания в растении, причём хорошему усвоению фосфора способствует симбиотическая фиксация атмосферного азота. Для гороха характерна высокая способность усваивать фосфор из труднодоступных соединений почвы. Хорошая обеспеченность калием повышает использование имеющихся в почве запасов фосфора. По тем же данным, наивысшее содержание фосфора у растений отмечается в молодом возрасте (фаза всходов - 6-7 листьев), к цветению его содержание уменьшается, а в фазу плодообразования вновь несколько возрастает. В зрелых семенах фосфора содержится в 2,5-3 раза больше, чем в соломе.

Калий в отличие от азота и фосфора наиболее интенсивно поглощается в ранние фазы вегетации. К началу цветения растения гороха поглощают до 60% калия от его общего потребления. Содержание калия в растениях постепенно уменьшается от раннего возраста к созреванию. В семенах и соломе содержание калия практически одинаковое. Недостаток калия, проявляющийся в основном на легких почвах, вызывает снижение азотфиксации и ухудшает передвижение азотистых веществ из вегетативных органов к семенам [33].

Поэтому фосфорные и калийные удобрения следует вносить осенью под вспашку. Они улучшают развитие растений и усиливают деятельность азотфиксирующих бактерий. В жизнедеятельности растений большое значение имеет кальций. При его недостатке снижаются темпы роста, ухудшается развитие корневой системы. В отличие от азота, фосфора и калия содержание кальция в растениях увеличивается к концу вегетации.

1.4. Симбиотическая деятельность гороха полевого

Общее свойство всех зернобобовых - их способность фиксировать азот из воздуха благодаря симбиозу корневых систем с клубеньковыми бактериями. При этом бактерии живут за счет углеводов, синтезированных растениями в процессе фотосинтеза, и минеральных питательных веществ, которые они берут у растений - хозяев. Бактерии же снабжают растения азотными соединениями.

Бобово-ризобиальный симбиоз - это инфекция бобовых растений бактериями рода Rhizobium. Через 10... 14 дней после прорастания образуются вследствие инфекции азотфиксирующими бактериями клубеньки. Клубеньковые бактерии, живущие в почве, через корневые волоски проникают в клетки растущего корня и начинают размножаться. Клетки корня растения-хозяина также начинают интенсивно делиться, образую опухоль, заполненную клубеньковыми бактериями. Эти более или менее большие опухоли, у гороха маленькие коралловидные клубеньки образуются в основном на боковых корнях.

Питание минеральным азотом из почвенного раствора меньше требует энергии, чем фиксация азота из воздуха. В этом и причина того, что у зернобобовых урожайность при одинаковых условиях ниже, чем у зерновых.

Клубеньковые бактерии более или менее узко специализированы к определенным видам - хозяевам. Кроме специфичности вида клубеньковых бактерий для успешной фиксации азота воздуха необходимы вирулентные штаммы, которые в состоянии в большом количестве проникать в корень растений и образовывать клубеньки, а также активные штаммы, инициирующие высокую интенсивность азотфиксации.

Установлено, что зернобобовые по эффективности фиксации азота из воздуха можно отнести к двум типам. Первый тип отличается высокой и длительной фиксацией азота из воздуха и низкой долей перемещения азота из других органов при обеспечении семян азота. Минеральное удобрение азотом не влияет на образование сухой массы растений. Второй тип характеризуется   низкой   и   рано   заканчивающейся       (после  цветения) фиксацией азота из воздуха и большой долей перемещения азота из других органов для обеспечения семян азотом. Удобрение минеральным азотом положительно влияет на образование сухой массы растений.

Надо отметить, что относительно реакции на азотное минеральное удобрение имеются сортовые различия у представителей типов зернобобовых. На азотофиксацию сильно влияют условия выращивания, как аэрация, влажность, кислотность почвы, температура и режим питания [17; 25; 37].

Для продуктивного симбиоза между клубеньковыми бактериями (микросимбионтом) и бобовыми растениями (макросимбионтом) требуются следующие условия:

• Присутствие вирулентов и активных штаммов соответствующих 
  специфичных к данному виду бобовых клубеньковых бактерий 
  если определённый вид зернобобовых первый раз выращивается 
  на данном поле, рекомендуется проводить инокуляцию семенного 
  материала до посева бактериальными препаратами.
• Хорошая    обеспеченность    почвы    железом,    молибденом    и 
  кобальтом, а также фосфором.
• Так как присутствие ионов МН4+ в почве подавляет активность 
  нитрогеназы,  зернобобовые  как  правило не  требуют  азотного 
  удобрения.
• Хорошая     для     роста    зернобобовых     и     жизнедеятельности 
  клубеньковых    бактерий    структура    почвы,    которая    быстро 
  согревается    весной,    имеет    хороший    воздушный    режим    и 
  влажность.   Большое    значение    имеет    оптимальная    реакция 
  почвенного раствора.
• Оптимальные условия для ассимиляции здоровыми листьями СО2 
  растениями зернобобовых.

При выполнении этих условий зерновые бобовые культуры обеспечивают свою потребность в азоте в основном за счет фиксации азота из воздуха.

1.5. Технология возделывания гороха полевого

Эффективность растениеводческой отрасли зависит от интенсификации технологических процессов с целью наиболее полного удовлетворения биологических потребностей возделываемых сельскохозяйственных культур в конкретных почвенно-климатических условиях.

Возделывание гороха по интенсивной технологии требует размещения его по лучшим, хорошо удобренным предшественникам (зерновые колосовые,  картофель и т.д.). Не следует размещать горох после других зернобобовых культур и многолетних бобовых трав, а также возвращать горох на поле севооборота ранее, чем через 5-6 лет, из-за опасности поражения вредителями и болезнями.

Удобрения

Для формирования 1т семян и соответствующего количества других органов горох потребляет: азота – 45-60кг, фосфора – 16-20кг, калия – 20-30кг, кальция – 25-30кг и магния – 8-13кг, а также микроэлементы – молибден, бор и другие.