Гопцій Т.І. Агроекологічні й агротехнічні основи введення амаранту в культуру в Лівобережному Лісостепу України

Короткий зміст

У першому розділі “Роль амаранту в світових кормових і продовольчих ресурсах” зроблено аналіз вітчизняних і зарубіжних досліджень з визначення ролі амаранту у світових кормових і продовольчих ресурсах, вивчення його біологічних і морфологічних особливостей. Розглянуто проблеми, пов’язані з введенням амаранту в культуру в Лівобережному Лісостепу України, обґрунтовано необхідність більш детального вивчення питань, пов’язаних з біологією, вирощуванням, використанням зеленої маси та насіння, визначенням перспективних видів та створенням сортів різних напрямків використання, пристосованих до вирощування в певних ґрунтово-кліматичних умовах.

У другому розділі “Умови та методика проведення досліджень” наведено характеристику місця, використаного матеріалу, методів і методик проведення досліджень.

Погодні умови зони Лівобережного Лісостепу України відзначаються значною нестабільністю як за кількістю опадів, так і коливаннями температури протягом вегетаційного періоду. За гідротермічним коефіцієнтом (ГТК) сухими були 1986, 1994, 1995, 1998, 2000 і 2001 рр., нормальними за зволоженням – 1987, 1990, 1991, 1992, 1996, 1997 та 1999 рр., вологими – 1985, 1988 і 1989 рр. і надмірно вологим – 1993 р.

Найбільш несприятливим для розвитку амаранту був 1994 р., коли бездощовий період у серпні-вересні тривав 52 дні. Посушливим був і липень (ГТК - 0,3). Дефіцит опадів спостерігався в червні – 47,4 мм при нормі 69 мм, а сума активних температур вище 10 °С за вегетаційний період дорівнювала 2141,2 °С, що на 555 °С менше норми.

Недостатня кількість вологи за вегетаційний період негативно вплинула на ріст і розвиток рослин, але в той же час сприяла визначенню форм амаранту з найбільш високим рівнем посухостійкості. Відмінність років за гідротермічним режимом дала можливість вивчити рівень реакції видів амаранту на умови середовища і визначити найбільш адаптовані до умов види з високим рівнем реалізації продуктивного потенціалу, придатні до вирощування в цій зоні.

Польові досліди закладали на дослідному полі Харківського національного аграрного університету ім. В.В. Докучаєва на чорноземі середньогумусному, для якого характерна висока поглинальна здатність, сприятливий повітряний і водний режим.

За механічним складом ґрунти важкосуглинкові, вміст гумусу в орному шарі 5,3 %. Засвоєння азоту, фосфору і калію середнє.

Дослід № 1 “Визначення видів амаранту, перспективних для умов Лівобережного Лісостепу України”. З метою визначення видів амаранту, адаптованих до умов Лівобережного Лісостепу України, в багаторічному досліді вивчали 19 видів, які були одержані з ВІРу, ботанічного саду Казанського державного університету та Національного ботанічного саду ім.М.М.Гришка НАН України.

У дослідах вивчали реакцію видів амаранту на кліматичні умови зони, проводили визначення їх адаптивного і продуктивного потенціалу. Схема розміщення рослин – 45х10см, густота 220 тис./га.

Дослід № 2 “Вплив строків сівби на формування продуктивності амаранту”. Дослідження проводили на популяціях трьох видів амаранту: A.cruentus, A.hybridus, A.hypochondriacus - 1987-1990рр., 1994 р., а в 1998-2000рр. - на сорті Харківський 1 (вид A.hypohondriacus).

У досліді вивчали вплив строків сівби на польову схожість насіння та продуктивність рослин.

Дослід № 3 “Вивчення впливу способів сівби та густоти рослин на рівень реалізації продуктивності амаранту”. Дослідження проводили на популяціях трьох видів амаранту: A.cruentus, A. hybridus, A. hypochondriacus“ – 1986-1988 рр., в 1991-1993 рр. – на сорті Білонасінний (A. hybridus), а в 1995-1997 рр. – на сорті Ультра (A. hybridus).

У досліді вивчали вплив рядкового способів сівби (ширина міжрядь 15см) і широкорядного (ширина міжрядь 45 см і 70 см).

Схема розміщення рослин у досліді: при рядковому способі сівби – 15х5 см (густота – 1330 тис.шт./га); 15х10 см (670 тис.шт./га) 15х20 см (330 тис.шт./га); при широкорядному з шириною міжрядь 45 см – 45х5 см (440 тис.шт./га); 45х10 см (220 тис.шт./га); 45х20 см (110 тис.шт./га); при широкорядному із шириною міжрядь 70 см - 70х5 см (280 тис.шт./га); 70х10 см (140 тис.шт./га); 70х20 см (70 тис.шт./га). У процесі проведення досліджень вивчали вплив способів сівби на ріст, розвиток та продуктивність видів амаранту, визначали індекс листкової поверхні (ІЛП), питому щільність посівів, вміст поживних речовин у зеленій масі, вихід абсолютно сухої речовини та сирого протеїну з одиниці площі, здійснювали облік урожаю та проводили його структурний аналіз.

Дослід № 4 “Вивчення впливу норм висіву на густоту та продуктивність рослин амаранту”. Дослідження проводили на популяції виду A.hypochondriacus (1987-1989 рр.).

У досліді вивчали норми висіву при ширині міжрядь 15 см: 0,3; 0,6; 0,9; 1,2 кг/га, або відповідно 0,43; 0,86; 1,29; 1,72 млн схожих насінин на 1 га; при ширині міжрядь 45 см: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 кг/га, або 0,29; 0,58; 0,87; 1,16; 1,45 млн схожих насінин на 1 га. У процесі проведення досліджень визначали польову схожість, густоту стояння рослин, здійснювали облік урожайності зеленої маси та насіння.

Дослід № 5 “Вплив добрив на продуктивність видів амаранту, перспективних для умов Лівобережного Лісостепу України”.

У досліді вивчали реакцію трьох видів амаранту: A.cruentus, A. hybridus, A.hypochondriacus на внесення мінеральних добрив (1987-1989 р.). У 2001-2002рр. дослідження проводили на сортах Харківський 1 (вид A.hypochondriacus) і Ультра (A.hybridus). Попередник - жито на зелений корм. Мінеральні добрива застосовували у вигляді аміачної селітри (34,5 % д.р.); гранульованого суперфосфату( 19,5 % д.р.); калійної солі ( 40 % д.р.).

Вивчали вплив добрив на розвиток та продуктивність рослин амаранту. Визначали облистяність, урожайність зеленої маси та насіння, вихід сухої речовини і сирого протеїну з 1 га. Проводили аналіз структури врожаю.

Дослід № 6 “Вплив ущільнення ґрунту після сівби на польову схожість насіння видів амаранту” (1986-1988 рр.).

У досліді вивчали польову схожість та виживаність рослин, а також тривалість періоду сівба-сходи.

Дослід № 7 ”Вплив глибини загортання на польову схожість насіння амаранту”. Дослідження проводили на видах амаранту: A.cruentus, A. hybridus, A. hypochondriacus (1986-1988 рр.), а на сортах Ультра (вид A.hybridus) і Сем (вид A.hypochondriacus) (в 2000-2001рр.).

Застосовуючи кореляційно-регресійний аналіз, визначали вплив температури ґрунту й кількості опадів на тривалість періоду сівба-сходи у видів амаранту. У досліді вивчали польову схожість та виживаність рослин. Для визначення оптимальної глибини загортання насіння варіантами глибини були 1, 3, 6 см.

Дослід № 8 “Використання амаранту на два укоси й строки збирання зеленої маси” (1987-1989 рр.).

У досліді вивчали вплив строків збирання та висоти зрізу на врожайність зеленої маси виду A. hypochondriacus, а також на виживаність рослин після першого укосу.

Для визначення динаміки накопичення біомаси та її структурних елементів, а також вмісту поживних речовин у зеленій масі амаранту за фазами росту і розвитку протягом 1987-1989 рр. досліджували популяції видів амаранту: A.cruentus, A.hybridus, A.hypochondriacus.

Облікова площа ділянки в дослідах від 10 до 50 м², повторність чотири-шести разова залежно від мети й задач досліджень, розміщення варіантів у досліді систематичне.

Виробничу перевірку агротехнічних дослідів здійснювали в навчально-дослідному господарстві “Докучаєвське”, в господарствах Харківської області, а також у дослідному господарстві “ Українка” Інституту тваринництва УААН.

Для вирішення поставлених задач проводили дослідження з питань біології та селекції амаранту.

Вивчення колекційних зразків амаранту проводили за парним методом на дворядкових ділянках площею 0,9 м².

Розсадник гібридизації закладали з метою отримання гібридних форм, цінних у господарському відношенні. У гібридизації були використані такі види амаранту: A. cruentus, A. caudatus, A. hybridus, A. albus, A. mantegazzianus. Запилення проводили, підводячи волоті під загальний ізолятор. У дослідах вивчали також спонтанні гібриди між A. caudatus i A.cruentus Ділянки дворядкові, площа ділянки 0,9 м². Характер успадкування ознак у гібридів перевіряли за критерієм Пірсона – хі-квадрат ( χ² ).

Селекційну роботу проводили в розсадниках та сортовипробуванні за такою схемою: розсадник вивчення першого та другого років закладали на однорядкових ділянках довжиною 2,5 м; площа ділянки розсадника спрямованого перезапилення – 10 м²; попереднє сортовипробування проводили на ділянках площею 25 м², повторність три-чотириразова; конкурсне сортовипробування проводили на ділянках площею 50 м², повторність чотириразова.

Посухостійкість видів і зразків амаранту визначали за методиками В.І.Синельникової, І.А. Косаревої, М.М. Гиренко (1989); солестійкість –С.В.Чорнишової, І.А. Косаревої ( 1991).

Олію з насіння сортів амаранту Ультра, Харківський 1, Сем одержували за фреоновим методом на фірмі "Екологія планети ", а також за методом подвійного холодного пресування у Воронезькому держуніверситеті. У секторі біохімічної генетики Інституту рослинництва УААН визначали вміст олії в насінні амаранту за методом Рушковського (Ермаков, 1972). Жирнокислотний склад олії визначали методом газорідинної хроматографії метиловим ефіром жирних кислот на газорідинному хроматографі Chrom.

Визначення біохімічного складу амарантової олії здійснювали у Воронезькому держуніверситеті й на кафедрі біохімії Харківського національного університету (Асатиани, 1957). Противиразкову активність амарантової олії вивчали у Харківському інституті проблем ендокринної патології ім.В.Я. Данилевського (Оболенцева, Хаджай, 1966).

Пробні випічки хліба з додаванням борошна амаранту проводили в технологічній лабораторії Інституту рослинництва УААН.

Хімічний склад та поживну цінність зеленої маси й насіння видів, виділених форм і створених сортів визначали в лабораторії масового аналізу Харківського національного аграрного університету ім. В.В. Докучаєва та в обласній Харківській проектно-пошуковій станції хімізації сільського господарства.

Вміст хлорофілу у фотосинтезуючих тканинах рослин визначали за Х.Н.Починком (1976). Кількість нітратів у зеленій масі встановлювали, використовуючи мікропроцесорний вимірювач Мікон.

Площу листків та індекс листкової поверхні визначали за методикою А.А.Ничипоровича (1961). Вміст вуглеводів, небілкового азоту й фосфору в рослинах визначали за методиками Г.М. Лясковського, І.Б. Асєєвої (1966); Г.М.Лясковського, С.Н. Сергієнко, В.Н Шердеки (1969); Г.М. Лясковського, С.Н. Сергієнко, М.І Пасльон (1970).

Ураженість рослин амаранту кореневими гнилями та заселеність посівів бобовою попелицею встановлювали, за методикою В.П. Омелюти (1986).

Алелопатичну активність рослин амаранту визначали за методикою А.М.Гродзинського та інших (1988).

Вплив рослин амаранту на розвиток мікрофлори ґрунту встановлювали шляхом аналізу ґрунту до і після вирощування амаранту. Кількість амоніфікуючих мікроорганізмів (живляться органічними формами азоту) вивчали на живильному середовищі МПА. Кількість мікроорганізмів (бактерій та актиноміцетів), що живляться мінеральними формами азоту, визначали на живильному середовищі КАА. Розрахунок кількості мікроорганізмів у ризосфері проводили на 1 г абсолютно сухого ґрунту (Теппер, Шильникова, Переверзева, 1987).

Водопоглинальну здатність насіння видів амаранту визначали шляхом погодинного зважування його в процесі проростання (Власюк, Белецкая, 1974). Питому щільність посівів визначали як співвідношення між масою органічної речовини, нагромадженою біосистемою та її об’ємом (Каленська, 2001).

Спостереження за розвитком рослин здійснювали згідно з методикою державного сортовипробування (1981) і методикою фенологічних спостережень у геоботанічних дослідах (Бейдеман, 1954).

Економічну ефективність окремих елементів технології вирощування амаранту на зелену масу та насіння розраховували за показниками: прибуток на 1га, собівартість 1 ц продукції, рівень рентабельності.

Енергетичну ефективність технологій оцінювали за сукупними витратами енергії, енергетичною цінністю зеленої маси та насіння, коефіцієнтом енергетичної ефективності (Базаров, Глинки, 1983; Булаткин, 1986; Державин, 1984 ).

Достовірність одержаних результатів оцінювали, застосовуючи варіаційний, кореляційний, дисперсійний та кластерний аналізи (Доспехов, 1985; Молостов, 1966; Джейн-Он Ким та ін., 1989).

Визначення адаптивних властивостей і практичної значимості видів амаранту здійснювали шляхом сумісного обчислення генотипових ефектів і ступенів екологічної пластичності (Гурьев, Литун, Гурьева, 1981).

Для обчислювання екологічної пластичності й стабільності був застосований статистичний метод S.A. Eberhart, W.Q. Russell (1966), у модифікації В.З. Пакудіна і Л.М. Лопатіної (1984).

Характер успадкування ознак у гібридів перевіряли за критерієм Пірсона – хі-квадрат (χ²) (Вольф, 1966).

Для визначення виробничої значимості видів при оцінці кожної ознаки була використана трибальна сигмальна монотипова шкала (Зайцев, 1984).

Вплив екологічних і агроекологічних факторів на рівень реалізації продуктивності видів амаранту визначали за пакетом прикладних програм для ПЕОМ – Statgraphics Plas-Untitled Statfolio.

У третьому розділі “Біологічний, адаптивний і продуктивний потенціал роду Amaranthus та шляхи його реалізації в умовах Лівобережного Лісостепу України” наведено результати аналізу 19 видів амаранту за біологічними особливостями, інтродукційною стійкістю й господарським призначенням, визначено вплив кліматичних умов зони на їх ріст і розвиток.

При введенні в культуру нових видів рослин з метою подальшого прогнозу щодо їхнього вирощування і використання особливого значення набуває вивчення поведінки рослин у нових, незвичайних для них умовах, їх морфологічних, біологічних особливостей, інтродукційної стійкості й адаптивного потенціалу, визначення місця в культурних ценозах.

У результаті проведення досліджень доведено, що амарант не викликає ґрунтовтоми й сприяє розвитку мікроорганізмів, діяльність яких є одним з основних чинників, що забезпечують родючість ґрунту; установлено позитивну взаємодія мікроорганізмів-стимуляторів з рослинами амаранту. Бактеріальні препарати (флавобактерин і ризоторфін) підвищують врожайність зеленої маси амаранту на 17,9-27,4 % і насіння на 20,4 %.

Через тривалий ювенільний період розвитку агроценози амаранту є нестійкими екосистемами з низькою конкурентною спроможністю домінанти (амаранту) відносно субдомінанти (бур’янів), що вимагає регулювання їх взаємодії прийомами агротехніки.

Оскільки амарант є новою рослиною в Лівобережному Лісостепу України, то для неї ще не сформувалася специфічна ентомофауна, але в останні роки спостерігається пошкодження посівів амаранту бобовою попелицею. Визначено диференціацію між видами за реакцією на пошкодження цим шкідником.

На основі застосування методу лабораторної діагностики встановлена диференціація між видами за рівнем солестійкості й посухостійкості. Виділено вид A. crispus з високим рівнем солестійкості, а також доведено, що для більшості видів амаранту характерний високий рівень посухостійкості.

Шляхом проведення провокаційних посівів під зиму визначено, що тільки чорнонасінні форми амаранту здатні утворювати падалицю, що дозволяє рекомендувати білонасінні форми до використання в кормових і польових сівозмінах.

За моделями регресійного аналізу встановлено залежність тривалості фаз вегетації видів амаранту від погодних умов зони Лівобережного Лісостепу України.

У більшості видів спостерігалася від’ємна залежність між тривалістю фаз вегетації та середньою температурою повітря і позитивна від суми ефективних температур вище 10 °С, ГТК та суми опадів.

В умовах регіону найбільш вологозабезпеченим для амаранту був період вегетативного розвитку при коефіцієнті варіації за роками 29,9 %, найменш вологозабезпеченою – фаза бутонізації при значній мінливості за роками (V=83,5 %).

За ГТК найбільш сприятливі умови складаються для рослин амаранту в період вегетативного розвитку при коефіцієнті варіації за роками 30,0 %, найменш сприятливі – у фазі цвітіння-достигання, при коефіцієнті варіації за роками 99,9 %.

У цілому погодні умови Лівобережного Лісостепу України сприятливі  для більшості видів амаранту, за винятком дуже пізньостиглих, до яких відносять вид A. mantegazzianus.

За показниками впливу елементів погодних умов (кількості опадів та суми ефективних температур >10 ºС) на темпи лінійного росту за фазами розвитку видів амаранту з використанням ієрархічного кластерного аналізу (рис. 1) та аналізу методом К-середніх отримано їх інтегровану оцінку.

Значно відрізнялися від інших A.hypochondriacus, A. bouchonii, A.mantegazzianus.

До кластеру № 1 увійшли A. lividus та A. blitoides.

Кластер № 2 містив сім видів: A. cruentus, A. pivlegenus, A. hybridus, A.caudatus, A. oleraceus, A. albus, A. chlorostachis. Парними, найбільш близькими за відстанню, були A. oleraceus та A.chlorostachis, а також A. caudatus та A. albus.

До третьої групи були віднесені парні A. aureus та A. flaus, A. mongostanus та A.crispus, A.spinosus та A. deflexus, окремий вид A. eleganis.

Проведений аналіз дає можливість стверджувати про суттєву диференціацію видів за реакцією на погодні умови зони.

На основі визначення екологічної пластичності й стабільності рівня продуктивності видів амаранту було виділено види з високим рівнем урожайності зеленої маси та насіння і розділені на групи за типом реакції на зміну умов навколишнього середовища.