Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Амарант отличает высокая биологическая урожайность зеленой массы (до 1200 ц/га) и семян (до 45 ц/га). В семенах содержится 16–18 % белка с высокой полноценностью аминокислотного состава, гораздо большей, чем у белка пшеницы, кукурузы и даже молока. Незаменимой аминокислоты лизина содержится в два раза больше, чем в белке кукурузы. Зеленая масса амаранта хорошо и отлично поедается всеми видами животных. Из нее готовят гранулы, брикеты, травяную муку, а в смеси с зеленой массой кукурузы и подсолнечника – хороший комбинированный силос, сбалансированный по белку и другим питательным веществам [1] и обладает антиокс-активностью [2] Сочетание высокой интенсивности фотосинтеза и эффективного использования доступных запасов воды с достаточно активными белоксинтезирующими системами делает это растение перспективным для развития кормовой базы в определенных агроэкологических условиях [3].

Цель исследования: на основании изучения особенностей роста и развития A. cruentus L. в конкретных почвенно-климатических условиях Чувашской Республики выявить возможности использования различных способов и сроков посева вида на зеленую массу.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились в 2014–2017 гг. Почва опытного участка светло-серая лесная, среднеподзолистая. рН солевой вытяжки составляет 5,4, содержание гумуса по Тюрину – 2,2 %, подвижного фосфора по Кирсанову – 12 мг/100 г почвы, обменного калия по Масловой – 12 мг/100 г, сумма поглощенных оснований – 19,6 мг-экв. на 100 г почвы. Мощность пахотного горизонта 21–23 см, рельеф ровный. Судя по агрохимической характеристике, почвы опытного участка не обладают свойствами для получения высоких урожаев амаранта без внесения минеральных удобрений. В опыте был один фон минерального питания. Минеральные удобрения рассчитаны на получение 850 ц/га зеленой массы амаранта балансовым методом согласно общепринятой методике. В итоге, в среднем за годы исследований на фоне расчетных норм удобрений внесено N150 P190 K230. Надо добавить, что почва в районе расположения участка на правом берегу реки Волга является загрязненной с экологической точки зрения из-за действия заводов и ТЭЦ. Исследования экологов показали, что выявлено превышение уровня ПДК по содержанию таких веществ, как свинец, формальдегид и ряд других элементов, в почве опытного участка [4]. Но при этом не было замечено каких-либо отклонений в развитии амаранта. Это доказывает, что данное растение имеет способность расти и развиваться на загрязненных почвах. Существуют исследования, и они доказывают высокую устойчивость амаранта к действию вредных элементов из-за выделения корневой системой специальных веществ, очищающих пахотный слой почвы [5].

В опыте сравнивались сроки и способы посева амаранта на зеленую массу и зерно (табл. 1).

Объектом исследований был амарант метельчатый или багряный – Amaranthus cruentus L. С чистотой 96 % и всхожестью семян 90 %. Следует отметить, что амарант относится к мелкосемянным растениям (масса 1000 семян 0,3 г), и часто возникают трудности при проведении посева на глубину 1–1,5 см. Также важно, что данное растение отличается длительным сроком сохранения жизнеспособности и всхожести семян до 20–25 лет [6]. В своих опытах мы использовали семена одного года урожая во все годы исследований и проводили прогревание семян перед посевом. В связи с этим на наш взгляд является актуальным рассмотрение вопроса о возможности использования рассадного способа возделывания амаранта. В этом направлении предусматривается проведение более детальных исследований. По нашему мнению, этот прием особенно актуален при использовании амаранта на декоративные цели, что в настоящее время очень широко применяется в связи с достаточно высокими декоративными свойствами надземной массы и соцветий данного вида растения [7].

В течение вегетационного периода проводились фенологические наблюдения, определяли густоту растений, динамику роста и накопления сырой и сухой биомассы, измеряли площадь листьев, рассчитывали использование приходящей ФАР и ее аккумулированию листовым аппаратом, определялась продуктивность зеленой массы и зерна амаранта при различных сроках и способах посева.

Таблица 1

Схема опыта

Результаты исследования и их обсуждение

Биоклиматический потенциал (БКП) является показателем, при помощи которого есть возможность рассчитать продуктивность растения в конкретных агрометеорологических условиях любого региона. Поэтому он положен в основу агроклиматического районирования растений и до настоящего времени не имеет более веских аналогов [8]. Его рассчитывают по следующей формуле:

БКП = К_увл ∑t > 10 °C / 1000 °C,

где БКП – биоклиматический показатель продуктивности, баллы;

Кувл – коэффициент увлажнения;

∑t > 10 °C – сумма температур выше 10 °С за вегетацию;

1000 °С – сумма температур на границе открытого земледелия.

БКП определялся следующим образом. По агроклиматическому справочнику и бюллетеням [9] находили коэффициент увлажнения и сумму активных положительных температур выше 10 °С, накапливаемую как в целом за вегетацию, так и за любой межфазный период роста и развития растения. Далее необходимо знать коэффициент (β) для конкретного прихода фотосинтетически активной радиации (ФАР).

Таблица 2

Биоклиматический потенциал продуктивности посевов амаранта, баллы

Далее биологическую урожайность определяют по формуле

У = β БКП.

β рассчитывают по результатам экспериментальных исследований. Для этого определяют потенциальную урожайность. Упу – это та величина, которая может быть получена в идеальных метеорологических условиях (воды, тепла, воздуха и питательных веществ достаточно). Она зависит от прихода ФАР, агрофона, биологических особенностей растений и уровня агротехники. Последние три фактора определяют КПД посева в идеальных метеорологических условиях. Упу (ц/га товарной продукции) рассчитывают по формуле

Упу = 10⁴ η Km ΣQ / q [10],

где η – КПД ФАР, %;

ΣQ – суммарная ФАР за период вегетации, кДж/ см2;

Q – калорийность биомассы, кДж/кг;

Кm – доля основной продукции (зеленой массы или зерна) в общей биологической массе.

При возделывании амаранта на зеленую массу и зерно за период вегетации аккумулируется различная сумма активных температур, так как уборку зеленой массы амаранта начинают через 90 дней вегетации, зерна – 110 дней. В опытные годы сумма положительных температур за период вегетации и соответственно баллы БКП были различны (табл. 2). При более благоприятных климатических условиях (режим увлажнения и теплообеспеченность) баллы БКП выше. А это является условием для получения более высоких урожаев зеленой массы и зерна амаранта. Наиболее оптимальным и благоприятным годом в Чувашии по теплообеспеченности являются 2016 и 2017 гг., когда суммы температур были на 100–200 °С выше, чем в остальные годы, и соответственно баллы БКП на 0,1–0,2 оказались выше.

В среднем же за годы опытов из-за более растянутой вегетации, а значит, и большей суммы температур, при возделывании амаранта на зерно БКП увеличивался на 0,21–0,26 балла, чем при получении зеленой массы, и составлял в зависимости от коэффициента увлажнения от 1,27 до 1,81 балла. Здесь также следует отметить, что от ранних сроков посева к поздним БКП почти не изменялся как при возделывании на зерно в первые два срока посева, так и на зеленую массу во все три изучаемые срока посева. Так, при уборке зеленой массы БКП равен 1,09–1,56 баллам при посеве 25 мая; 1,08–1,54 – 5 июня и 1,06–1,51 баллам – 15 июня при различных условиях увлажнения. В случае уборки на зерно БКП имел одинаковые значения – от 1,27 до 1,81 балла при посеве 25 мая и 5 июня. Отсюда следует, что от ранних сроков посева к более поздним БКП практически не изменялся, что приводит к заключению о реальной возможности возделывания амаранта в конкретных климатических условиях Чувашии с конца мая до середины июня.

Чтобы определить потенциальную урожайность зеленой массы и зерна амаранта при различных сроках посева в Чувашии, надо знать приход ФАР за период вегетации, теплотворную способность зеленой массы и зерна и переводной коэффициент Кm [11].

По расчетам за период вегетации амаранта на зеленую массу приход суммарной ФАР составляет 90 кДж/см2, на зерно – 101,4 кДж/см2 при посеве 25 мая; соответственно 84 и 95 кДж/см2 – 5 июня; 79 кДж/см2 – 15 июня (зерно не вызревало во все годы исследований). Теплотворная способность 1 кг зеленой массы равна 20110 кДж, 1 кг зерна – 21771 кДж. Коэффициент Кm при расчете на 82 %-ную влажность зеленой массы составляет 5,556 (100 %:18 %). При соотношении зерна к листостебельной массе, равном 1:7,5, Кm составляет 0,118 (1:8,5) при расчёте на абсолютно сухое зерно или 0,134 – на зерно с 12 %-ной влажностью. Соответственно, используя все данные для формулы, при оптимальном усвоении 3 % ФАР потенциальная товарная урожайность составила 738 ц/га зеленой массы (табл. 3) и 18,7 ц/га зерна. Здесь следует отметить, что в своих исследованиях мы рассчитали потенциальную урожайность амаранта в изучаемые сроки посева при всех возможных уровнях использования доступной солнечной энергии от 1 % до 5 % усвоения ФАР. Например, при среднем уровне коэффициента использования ФАР в 2 % урожайность равна 490 ц/га зеленой массы при посеве 25 мая, 455 ц/га – 5 июня и 423 ц/га – 5 июня. При высоком агрофоне, оптимальных почвенно-климатических условиях и учитывая высокую продуктивность надземной массы амаранта, т.е. при 5 % использования ФАР урожайность соответственно срокам посева составляла 1110, 1145 и 1060 ц/га. Данные показатели говорят о высоком потенциале амаранта накапливать биомассу при посеве в различные сроки, вплоть до конца июня в условиях Чувашии, что связано с принадлежностью амаранта к группе С4-растений с более активным прохождением фотосинтетических реакций [12].

Коэффициент β, приходящий на каждый балл БКП при коэффициенте увлажнения, равном 1,0, составляет 509 ц/га зеленой массы (738 ц/га:1,45 балла) и 11,3 ц/га зерна (18,7 ц/га:1,66 балла). Нами рассчитаны потенциальные урожайности зеленой массы и зерна и теоретические коэффициенты β соответственно всем изучаемым срокам посева при различных баллах БКП для условий Чувашии.

Нами отмечено, что с некоторым уменьшением прихода ФАР от ранних сроков посева к более поздним потенциальная урожайность зеленой массы снижалась незначительно, а именно, на 36 ц/га от первого ко второму и на 51 ц/га – от второго к третьему срокам посева. Разница в урожайности зерна составляла всего 1,2 ц/га. При одном уровне урожая зеленой массы и зерна теоретический коэффициент β, приходящийся на каждый балл климата, уменьшался с увеличением коэффициента увлажнения, суммы температур и самого БКП. Чем менее благоприятны климатические условия, тем больший коэффициент β должен соответствовать каждому баллу БКП. Так, в наших исследованиях при посеве 25 мая с увеличением БКП с 1,08 до 1,55 баллов теоретически обоснованный коэффициент β снижался от 681 при коэффициенте увлажнения 0,7 до 474 ц/га зеленой массы при коэффициенте увлажнения 1,0. Аналогичная ситуация сложилась и с другими сроками посева. А именно, при посеве 5 июня β снизился от 674 до 454 ц/га; 15 июня – от 611 до 429 ц/га зеленой массы. В среднем же на каждый балл климата приходилось 450–690 ц/га зеленой массы амаранта. В случае с зерном β снижался соответственно от 14,7 до 10,8 ц/га – 25 мая и от 13,8 до 9,7 ц/га – 5 июня.

Таким образом, используя биоклиматический потенциал продуктивности, который объединяет в себе основные факторы климата, можно прогнозировать продуктивность амаранта при различных сроках его посева. Реальные же условия климата Чувашии в целом соответствуют требованиям амаранта и гарантируют получение стабильных и достаточно высоких урожаев зеленой массы во все три изученные сроки посева и зерна при посеве в более ранние сроки.

Таблица 3

Потенциальная урожайность по приходу ФАР и фактическая урожайность зеленой массы амаранта при различных сроках и способах посева, ц/га (среднее за 2014–2017 гг.)

За период вегетации амарант проходит следующие фазы роста и развития: всходы, отрастание, выметывание, цветение и созревание семян, которое проходит в три этапа (молочная, молочно-восковая и полная спелость) [13]. В исследованиях нами установлены сроки наступления всех фаз и отмечены межфазные периоды в зависимости от сроков и способов посева. Нами отмечено, что наступление фенологических фаз и их продолжительность зависят от температурного режима воздуха и почвы, количества осадков, влажности почвы, способов посева и в небольшой степени от сроков посева.

Установлено, что лимитирующим фактором для появления всходов амаранта являются температура воздуха и почвы на глубине 10 см в более ранние сроки посева и влажность почвы при посеве в более поздние сроки. Поэтому продолжительность появления всходов колебалась не только по годам, но и по срокам посева. В более благоприятные годы всходы начали появляться на 4–5 день, в менее благоприятные – только через 10–12 дней.

Наиболее растянутой фазой развития является фаза отрастания, которая составляла 25–35 дней в зависимости от температурного режима, способов посева, в меньшей степени от условий увлажнения и сроков посева. В начале данной фазы растения росли очень медленно, но при этом развивалась активно корневая система. Начиная с середины данной фазы интенсивность роста достигала до 4–5 см в сутки. Было отмечено, что растения второго и третьего сроков посева быстрее переходили к активным ростовым процессам и формировали более мощную надземную массу по причине более высоких температур воздуха в этот период лета. Способ посева повлиял на продолжительность, и во все годы исследований, начиная с этого момента в развитии амаранта наблюдалась разница в продолжительности прохождения остальных будущих фаз. В широкорядных посевах, особенно с шириной междурядий 70 см, все межфазные периоды были короче на 3–5 дней, чем в рядовых посевах, что связано с конкуренцией крупных светолюбивых растений за свет в более загущенных посевах. Наиболее короткой фенофазой является выметывание, которое длилось в зависимости от условий освещения 8–12 дней. Растения к этому периоду достигают максимальной высоты, но продолжают расти менее активными темпами.

Отдельно хотелось бы остановиться на развитии листовой поверхности в этот период, так как именно листостебельная масса формирует будущую мощную продуктивность растения. По нашим данным и данным ряда авторов [14, 15] независимо от сроков и способов посева в середине фазы отрастания площадь листьев одного растения была незначительной, но к уборке она возрастала в 6–7 раз в рядовых посевах и в 10–13 раз – в широкорядных.

Так как амарант является засухоустойчивой культурой, то количество выпадающих осадков при всех способах и сроках посева не оказывали заметного влияния на продолжительность фенофаз, за исключением последующих фаз цветения и созревания семян. Цветение амаранта также очень продолжительное и в наших исследованиях составляло от 27 до 35 дней в зависимости от погодных условий. Были случаи, когда в условиях пасмурной и прохладной погоды цветение продолжалось более 40 дней. В такие годы обычно не происходит полноценного опыления цветков и не наблюдается образование большого количества семян. С середины августа у амаранта начинается созревание семян. Полная спелость семян в условиях Чувашии возможна только при посеве в более ранние сроки, при сухой и солнечной осенней погоде и в широкорядных посевах, особенно с шириной междурядий 70 см.

Следует также отметить, что амарант относится к растениям короткого дня, и поэтому в наших условиях длинного светового дня он обладал гигантизмом и, соответственно хорошо наращивал надземную листостебельную массу при посеве 5 и 15 июня, когда начальное развитие растений происходило при самых длинных световых днях (табл. 3).

Поэтому при более поздних и в широкорядных посевах урожайность зеленой массы составила 880–950 ц/га, в рядовых посевах и в более ранние сроки посева урожайность была соответственно ниже и колебалась в годы исследований от 550 до 650 ц/га. Урожайность зерна в широкорядных посевах при первом сроке посева колебалась в зависимости от погодных условий от 18 до 20 ц/га, в рядовых посевах и во второй-третий сроки посева вызревание семян до полной спелости не наблюдалось.

Заключение

Таким образом, используя биоклиматический потенциал продуктивности, можно прогнозировать возможности возделывания амаранта в почвенно-климатических условиях Чувашской Республики. По результатам исследований доказано, что амарант для получения зеленой массы можно высевать различными способами посева с шириной междурядий 15, 45 и 70 см и в различные сроки, вплоть до конца июня. Зеленую массу поздних сроков посева можно использовать в качестве подкормки при скармливании животным в свежем виде до конца сентября. Это может позволить решить проблему дефицита белка в системе зеленого конвейера. Исследования, проведенные по уточнению способа и срока посева на зерно, показали преимущество широкорядных посевов перед рядовыми и ранних сроков посева в конце мая перед более поздними в июне.