Важное место в зерновом балансе Самарской области занимает ценнейшая продовольственная культура - пшеница, высококачественное зерно которой находит самое широкое применение как продукт питания.
Как показывают исследования, проведенные в различных почвенно-климатических зонах региона, получение зерна высокого качества озимой и яровой пшеницы зависит от рационального размещения посевов по лучшим предшественникам, применения научно - обоснованных систем удобрений и способов основной обработки почвы.
Исследования проводились в условиях лесостепи Заволжья в 2004 - 2006 гг. на опытном поле кафедры земледелия Самарской ГСХА в зернопаровом звене севооборота со следующим чередованием культур: пар чистый (занятый (горох), сидеральный (сидерат - горох)) - озимая пшеница - яровая пшеница.
В звене севооборота изучались три принципиально разные системы основной обработки почвы. «Общепринятая» (отвальная) для условий центральной зоны Самарской области - лущение на 6-8 см и вспашка на 25-27 см под пары, и на 20-22 см под яровую пшеницу. «Безотвальная» (мелкая) - осеннее рыхление почвы под пары и яровую пшеницу на 6-8 см и повторно на 10-12 см. «Нулевая» обработка, с осени применялся гербицид сплошного действия, а весной прямой посев яровой пшеницы, и 3-4 мелкие обработки паров под посев озимой пшеницы. При возделывании озимой пшеницы применялись следующие уровни минерального питания: без применения удобрений; прикорневая подкормка весной в фазу кущения (N30) и дополнительная некорневая подкормка в фазу молочной спелости зерна (N30). При возделывании яровой мягкой пшеницы: без применения удобрений и N60P60K60.
Исследования биохимических показателей качества зерна пшеницы проводились в НИЛ кафедры химии и биохимии.
Выделение отдельных фракций зерна пшеницы проводилось по методу, описанному Х.Н, Починок (1976). Методом определения количественного содержания белка являлся метод Биурета (микроопределение) (Г.А. Кочетов, 1971), на фотоэлектроколориметре КФК-2 при длине волны 315 нм. Содержание крахмала в зерне определяли колориметрическим методом, разработанным Х.Н. Починком (1976). Активность протеолитических ферментов определяли по методу, описанному Н.Н. Третьяковым (1990). Суммарную активность амилолитических ферментов (α и β) определяли с помощью метода, предложенного Б.П. Плешковым. Содержание нитратного азота в пахотном слое почвы 0-30 см определяли потенциометрическим методом.
Наилучшие условия для получения высокого урожая высокобелкового зерна складываются при хорошей обеспеченности растений азотом, некотором дефиците доступной влаги и повышенных температурах в период налива зерна (Созинов А.А., Жемела Г.П., 1983).
Исследования с 2005 - 2006 гг. показали, что содержание нитратного азота в слое почвы 0-30 см в фазу кущения озимой пшеницы варьировало в пределах 16,49-24,33 мг/кг, что соответствовало средней обеспеченности (Рис.1). На посевах яровой пшеницы содержание нитратного азота составило 23,06-39,46 мг/кг, что соответствовало хорошей обеспеченности данным элементом (Рис. 2). К моменту налива зерна содержание NO3 снижалось по всем вариантам, причем в варианте без внесения удобрений отмечалась низкая обеспеченность элементом питания - 9,91 мг/кг почвы на посевах озимой пшеницы и 8,76 мг/кг почвы на посевах яровой мягкой пшеницы. Вероятно, всего это связано с увеличением потребления из почвы азота в этот период на усиленный синтез белка в зерне пшеницы. К концу вегетации происходил спад биосинтеза, и наблюдалось некоторое увеличение нитратов в почве.
Рис.1. Содержание нитратного азота в пахотном слое почвы 0-30 см в посевах озимой пшеницы (2005-2006)
В вариантах с внесением удобрений содержание нитратного азота составило на посевах озимой и яровой пшеницы соответственно 24,33 и 39,46 мг/кг, что соответствовало хорошей обеспеченности данным элементом.
Сравнительно высокое содержание NO3 в пахотном слое почвы 0-30 см отмечалось в посевах озимой и яровой пшеницы размещенных в звене севооборота по чистому пару с применением в качестве основной обработки почвы - вспашки. Это способствовало получению в этих вариантах более высоких урожаев озимой и яровой мягкой пшеницы. Внесение дополнительной некорневой подкормки (N30) в фазу молочной спелости зерна озимой пшеницы способствовало увеличению урожайности на 14,6% по сравнению с вариантом без внесения удобрений (табл. 1). Урожайность яровой пшеницы в варианте N60P60K60 увеличилась на 8,7% (табл. 2).
Ценность зерна пшеницы во многом определяется его качественными показателями: технологическими и хлебопекарными, которые в первую очередь связаны с белковыми и ферментными комплексами.
Биохимические показатели качества зерна озимой и яровой пшеницы представлены в таблице 1, 2.
В среднем за 3 года содержание белка в зерне озимой пшеницы находилось в пределах 11,60-13,17%, в зерне яровой мягкой пшеницы 12,07-12,94%. Наибольшее накопление общего белка в зерне озимой и яровой пшеницы отмечалось в звене севооборота по чистому пару. В варианте с применением вспашки почвы количественное содержание белка в зерне озимой и яровой пшеницы несколько выше по сравнению с другими обработками почвы. Внесение некорневой азотной подкормки способствовало увеличению на 1,2% белка в зерне озимой пшеницы по сравнению с вариантом без внесения удобрений. В зерне яровой пшеницы в варианте с внесением N60P60K60 содержание белка на 0,6% выше.
Рис.2. Содержание нитратного азота в пахотном слое почвы 0-30 см в посевах яровой пшеницы (2005-2006)
Таблица 1. Биохимические показатели и урожайность озимой пшеницы в зависимости от предшественников, способов обработки почвы и удобрений (2004-2006 гг.)
|
Варианты |
Урожай-ность, т/га |
Белок, % |
Протеолити-ческая активность ферментов (Е), ед. |
Крах-мал, % |
Амилолитическая активность ферментов, мг/г |
|
|
Предшественрик |
Чистый пар |
2,48 |
13,17 |
1,51 |
65,22 |
218,22 |
|
Занятый пар |
1,76 |
12,47 |
1,57 |
66,13 |
200,62 |
|
|
Сидеральный пар* |
2,17 |
11,60 |
1,66 |
66,47 |
185,15 |
|
|
Обработка почвы |
Вспашка на 25-27 см |
2,09 |
12,65 |
1,49 |
65,58 |
212,67 |
|
Безотвальное рыхление на 10-12 см |
1,99 |
12,47 |
1,59 |
65,55 |
199,79 |
|
|
Без осенней механ. обработки |
2,33 |
12,11 |
1,66 |
66,70 |
191,54 |
|
|
Удоб-рения |
Без удобрений |
1,95 |
11,83 |
1,67 |
66,71 |
173,51 |
|
N30 |
2,17 |
12,41 |
1,56 |
65,92 |
207,69 |
|
|
N30+N30 |
2,28 |
12,99 |
1,51 |
65,19 |
222,80 |
|
*Значения по сидеральному пару за 2005-2006 гг.
Такой биохимический показатель качества зерна, как белок, довольно вариабельный признак, зависящий от многих факторов. Так, основные приемы обработки почвы выявили его изменения, более значительно проявившиеся в звене севооборота с чистым паром. Самые большие изменения в содержании общего белка в зерне отмечались при применении удобрений.
Таким образом, применяя различные приемы агротехники: выбор предшественника, способа обработки почвы и уровня минерального питания, возможно, получать урожай, планируемый по биохимическим показателям качества, в том числе и по содержанию общего белка.
Накопление белка в зерне пшеницы тесно связано с образованием в нем крахмала - второго после белка важнейшего биохимического показателя.
За годы исследований содержание крахмала в зерне озимой пшеницы варьировало в пределах 65,22-66,71%, а в зерне яровой мягкой пшеницы 65,53-67,52%.
Таблица 2. Биохимические показатели и урожайность яровой пшеницы в зависимости от предшественников, способов обработки почвы и удобрений (2004-2006 гг.)
|
Варианты |
Урожайность, т/га |
Белок, % |
Протеолити-ческая активность ферментов (Е), ед. |
Крахмал, % |
Амилолитическая активность ферментов, мг/г |
|
|
Предшественник |
Озимая пшеница по чистому пару |
1,34 |
12,51 |
1,55 |
66,57 |
207,77 |
|
Озимая пшеница по занятому пару* |
1,31 |
12,36 |
1,61 |
66,54 |
189,48 |
|
|
Обработка почвы |
Вспашка на 20-22 см |
1,36 |
12,94 |
1,45 |
65,53 |
213,98 |
|
Безотвальное рыхление на 10-12 см |
1,32 |
12,29 |
1,59 |
66,62 |
196,33 |
|
|
Без осенней механ. обработки |
1,30 |
12,07 |
1,70 |
67,52 |
185,58 |
|
|
Удоб-рения |
Без удобрений |
1,27 |
12,13 |
1,62 |
67,39 |
187,25 |
|
N60P60K60 |
1,39 |
12,74 |
1,55 |
65,72 |
210,01 |
|
*Значения по занятому пару за 2005-2006 гг.
По содержанию крахмала и белка в зерне наблюдалась обратная зависимость: при наименьшем содержании белка зерно озимой и яровой пшеницы имело наибольшее количество крахмала.
Наибольшее накопление крахмала в зерне озимой пшеницы отмечалось по сидеральному пару и без внесения удобрений. В зерне яровой пшеницы содержание крахмала по чистому и занятому пару не имело существенных различий. В варианте при «нулевой» обработке почвы содержание крахмала в зерне озимой и яровой пшеницы выше по сравнению с другими вариантами.
В оценке качества зерна большую роль играют и ферменты. Особенно большое значение имеют ферменты амилолитического и протеолитического комплекса.
Протеолитическая активность зерна пшеницы является одним из показателей качества белка. В среднем за годы исследований содержание протеаз в зерне озимой пшеницы находилось в пределах 1,49-1,67 ед. и 1,45-1,70 ед. в зерне яровой пшеницы. В зерне пшениц хорошо проявилась связь между содержанием белка и протеолитической активностью, когда большему содержанию в зерне белковых веществ соответствовала меньшая протеолитическая активность. По-видимому, вследствие увеличения интенсивности накопления зерном белковых веществ происходило большое уплотнение белка и более полное инактивирование протеолитических ферментов.
Таким образом, в вариантах по чистому пару с применением в качестве основной обработки вспашки и с внесением удобрений в зерне озимой и яровой пшеницы отмечалось высокое содержание белка и незначительная активность протеолитического комплекса, что соответствовало хорошему качеству зерна.
Амилолитическая активность ферментов также тесно связана с белковостью зерна пшеницы. Варианты, отличающиеся высоким содержанием белка, имели более высокие величины амилолитической активности (в зерне озимой пшеницы 212,67-222,80мг/г, в зерне яровой пшеницы 207,77-210,01мг/г), чем варианты с низким содержанием белка. Между содержанием крахмала и амилолитической активностью в зерне озимой и яровой пшеницы отмечалась обратная зависимость.
Таким образом, интенсивное накопление белка тормозит процесс накопления крахмала, адсорбируя в большей степени амилазу зерна, принимающую участие в синтезе крахмала. После автолиза зерно освобождало связанную амилазу.
На основании полученных данных можно сделать следующие выводы.
1.Уровень содержания нитратного азота в 0-30 см слое почвы является достаточным для получения высокого урожая высокобелкового зерна. Сравнительно высокое содержание нитратного азота отмечалось в посевах озимой и яровой пшеницы размещенных в севообороте с чистым паром и по вспашке с применением удобрений.
2.Накопление белка является довольно вариабельным признаком, зависящим от многих факторов. Наибольшее содержание белка и наименьшее содержание крахмала в зерне озимой и яровой пшеницы получено в звене севооборота по чистому пару, где в качестве основной обработки почвы применялась вспашка, и вносились удобрения.
3.По величине активностей протео-амилазного комплекса зерна озимой и яровой пшеницы можно определить оптимальные агротехнические приемы для возделывания этих культур: чистый пар, вспашка и внесение удобрений.
4.Полученные сравнимые результаты по урожайности и биохимическим показателям качества зерна озимой и яровой пшеницы позволяют сделать вывод, что для возделывания этих культур можно применять как традиционные технологии возделывания, так и ресурсосберегающие.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Кочетов, Г.А. Практическое руководство по энзимологии. - М.: Высшая школа, 1971. -270с.
- Плешков, Б.П. Практикум по биохимии растений. 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. -255с.
- Починок, Х.Н. Методы биохимического исследования растений. - Киев, 1976. -297с.
- Созинов, А.А.Улучшение качества зерна озимой пшеницы и кукурузы /Созинов А.А., Жемела Г.П.. - М.: Колос, 1983. - 270 с.
- Третьяков, Н.Н. Практикум по физиологии растений. - М.: Агропромиздат, 1990. - 271c.