Какой признак жизнедеятельности растений используется для мониторинга урожайности

Обновлено: 19.09.2024

Почвенная диагностика — агрохимическое обследование почв на содержание доступных для растений элементов питания (N, Р, К, Са, Mg, S, В, Мn, Zn, Мо, Сu и др.), гумуса, реакцию почвенного раствора (рН) и т. д. Основным методом определения доз удобрений под запланированный урожай какой-либо сельскохозяйственной культуры служит проведение долговременных полевых опытов.

Методы растительной диагностики питания растений и методика проведений.

Почвенная диагностика питания растений.

Систематическое (через определенные промежутки времени) определение обеспеченности почв усвояемыми формами питательных элементов, реакции среды и других показателей почв - основа почвенной диагностики. Результаты обследования почв позволяют специалистам наиболее рационально, с учетом изменяющихся уровней обеспеченности почвы усвояемыми формами питательных элементов, реакции среды и других показателей, применять удобрения, максимально повышать их агротехническую и экономическую эффективность и экологическую безопасность и, следовательно, обеспечивать максимальные урожаи культур наилучшего качества с минимальными затратами.

Для получения информации о возможности почв обеспечивать растения микроэлементами агрохимики используют данные о концентрации в почве различных их форм (кислото-растворимой, обменной и т.д.). Для извлечения этих форм чаще всего применяются экстрагенты, предложенные Я.В. Пейве и Г.Я. Ринькисом, а также Н.К. Крупским и А.М. Александровой. По содержанию микроэлементов почвы группируют, что позволяет точнее определить обеспеченность почвы микроэлементами и соответственно оценить нуждаемость выращиваемых сельскохозяйственных культур в применении микроудобрений.

Растительная диагностика питания растений.

Для оценки доступности растениям микроэлементов из почвы используют также методы растительной диагностики. По насыщенности растительной ткани микроэлементами определяют, насколько объективно анализы почвы отражают ситуацию с обеспеченностью сельскохозяйственных культур микропитанием, какие изменения следует внести в применение микроудобрений.

Растительная диагностика включает визуальную, химическую (тканевая и листовая) и функциональную (физиологическую).

Визуальная диагностика. Метод визуальной диагностики основан на изменении морфологических признаков растений, вызванных недостаточным или избыточным содержанием микроэлементов в почве или других субстратах.

Те растения, по внешнему виду которых легко определить недостаток или избыток какого-либо элемента минерального питания, называют растениями-индикаторами.

Визуальная диагностика относится к наиболее простому, не требующему оборудования методу, позволяющему за сравнительно короткое время (10-15 мин) сделать заключение о нарушениях в питании растений, о причинах вызывавших их и на основании этого дать рекомендации по изменению технологии выращивания.

Химическая диагностика. Метод листовой или тканевой диагностики основан на том, что при любых изменениях в режиме питания изменяется и состав листьев или других, наиболее отзывчивых органов.

Точность данного метода для прогнозирования потребности в удобрениях значительно выше, чем почвенные анализы, так как при определении количества элементов в почве трудно прогнозировать, какая часть элементов поступит в растения при постоянно меняющихся остальных факторов жизнеобеспечения.

Листовая диагностика. Суть ее заключается в том, что проводят валовой анализ химического состава листьев целого растения или отдельных органов, сравнивают его с имеющимися таблицами и определяют обеспеченность элементами минерального питания с учетом состояния, роста и развития растений в конкретную фазу.

Растительные образцы отбирают с типичных для данного поля участков в определенные для каждой культуры фенофазы для того, чтобы получить результаты, сопоставимые с уже имеющимися показателями.

По насыщенности растительной ткани микроэлементами определяют, насколько объективно анализы почвы отражают ситуацию с обеспеченностью сельскохозяйственных культур микропитанием, какие изменения следует внести в применение микроудобрений. Все это возможно осуществлять с помощью разработанных В.В. Церлинг и другими исследователями диагностических уровней содержания микроэлементов в растениях (таблица 3).

Для выявления недостаточности того или иного элемента, способного к реутилизации, обычно берут верхний, полностью сформировавшийся лист, а для элементов, обладающих незначительной способностью к реутилизации, анализируют нижние листья. Параллельно проводят анализы корней и устанавливают соотношение содержания элементов минерального питания в листьях и корнях, после чего делают окончательное заключение.

Для проведения диагностики методом экспресс-анализа по Церлинг смешанный образец составляют из 10-20 целых растений в период кущения и трубкования и из 20 - в фазы колошения и цветения. Для биометрического контроля за ростом и развитием растений, который осуществляют параллельно с химическими анализами, с каждой опытной делянки отбирают по 20 растений с корнями, для валового анализа в производственных посевах - по 70-100 с каждого ключевого участка, для биометрического контроля - по 25-30. Отбор проводят в утренние часы, проходя по диагонали исследуемого участка (2-3 дня, предшествующие взятию проб, должны быть без дождя и без полива).

Поглощение различных элементов питания не всегда следствие их необходимости растению. Это основной факт, ограничивающий возможность применения химических методов диагностики по общему химическому составу и содержанию неорганических форм различных элементов. Кроме того, недостаток или избыток одних элементов может нарушать усвоение растениями других элементов питания.

Функциональная диагностика. Позволяет оценить не содержание того или иного элемента, а потребность растений в нем. Обеспеченность элементами питания можно установить, контролируя интенсивность физиолого-биохимических процессов.

В 1982 г. был разработан метод диагностики питания растений по определению фотохимической активности хлоропластов. Метод основан на измерении фотохимической активности суспензии хлоропластов средней пробы листьев диагностируемых растений, а затем проводят тот же анализ с добавлением элемента питания. При повышении фотохимической активности суспензии хлоропластов по сравнению с контролем (без добавления элемента) делается заключение о недостатке элемента, при снижении - об избытке, при одинаковой активности - об оптимальной концентрации в питательной среде.

Метод позволяет в течение 40-50 мин определить потребность растений в 12-15 макро- и микроэлементах питания и дать рекомендации по проведению корневых и некорневых подкормок растений.

5. Требования, предъявляемые к почвенному участку для проведения полевого опыта с удобрениями.

Выделить однородный земельный участок для полевого опыта часто бывает довольно трудно. Поэтому, чтобы правильно выбрать участок, отвечающий основным требованиям методики, необходимо тщательно изучить его историю, провести почвенное обследование, внимательно изучить рельеф, микрорельеф, засоренность и учесть ряд возможных случайных факторов.

История опытного участка. На участках, хозяйственная история неизвестна, закладывать опыты нельзя. Необходимо‚ убедиться, что в течение последних 3—4 лет на этом участке ежегодно высевали одну культуру, применяли единую систему удобрения, оброботку почвы и т. д. Однообразными на всем участке особенно должны быть те агротехнические приемы, которые резко и на длительный период изменяют плодородие почвы, например известкование, систематическое внесение минеральных (особенно фосфорных) удобрений, периодическое унавоживание или однократная заправка почвы большими дозами органических удобрений, углубление пахотного слоя, дренаж, посев бобовых культур и т. п.

При отсутствии таких участков иногда можно использовать под опыт поле, отдельные части которого возделывали по-разному. В этих случаях необходимо, чтобы все варианты одного или нескольких повторений опыта обязательно располагались в пределах участков с однородной историей.

Почва опытного участка. Когда установят, что по своей истории земельный участок удовлетворяет предъявляемым требованиям, начинают изучать его почву. Почва опытного участка должна быть однообразной. При значительной пестроте почв приходится довольствоваться однородностью почвы в пределах каждого отдельного повторения. Для определения почвенной разности, степени однородности почвы и глубины залегания грунтовых вод проводят детальное почвенное обследование, применяя обычные методы — почвенные разрезы, прикопки, на основании которых составляют почвенную карту.

Подготовка и изучение участка. Для более детального изучения однородности почвы необходимо воспользоваться уравнительными и рекогносцировочными посевами. Уравнительным посевом называют сплошной посев какой-либо культуры, проведенный на всей площади выбранного участка для повышения однородности почвенного плодородия. Уравнительными посевами, особенно если их применяют в течение нескольких лет, можно в некоторой степени устранить пестроту земельного участка, вызванную последействием агротехнических приемов, по-разному применявшихся в прошлом на различных частях поля. В условиях производства подготовка и изучение участка включают обычно один, реже два уравнительных посева. В опытных учреждениях последний по счету уравнительный посев учитывают дробно, отдельными, возможно малыми делянками. Такой посев называют рекогносцировочным.

Использование традиционных методов агрохимического анализа почв не дает достаточной возможности скорректировать режим питания в зависимости от фазы развития, вида и сорта растений, влажности и температуры почвы, воздуха и изменения ряда других факторов внешней среды. Доступность питательных веществ, содержащихся в почве, определяет само растение. Почвенная диагностика – инструмент планирования урожайности культур. Проводят ее заблаговременно, до посева.
Данные анализы достаточно дорогостоящи и позволяют судить по большинству элементов только об общем содержании их в почве. Это не дает возможности правильно корректировать систему удобрений, особенно по микроэлементам. Для решения этой задачи в период вегетации используют листовую диагностику, которая может быть визуальной, химической и функциональной.
Визуальная диагностика позволяет по внешнему виду посевов установить недостачу или избыток элемента питания. Так, например, при дефиците азота замедляется рост растений и их отдельных органов (листьев). Растения становятся ярко-зелеными (прежде всего – нижние листья). При сильном азотном голодании листья окрашиваются в желто-зеленый или желтый цвет, ускоряется созревание растений, они заболевают хлорозом. При раннем проявлении признаков азотного голодания проводят подкормку азотными удобрениями (аммиачная селитра и другие). В более поздние сроки применяют внекорневые подкормки КАС или мочевиной как отдельно, так и в сочетании с микроэлементами (молибден, медь, цинк).
При недостатке фосфора растения медленнее растут, листья становятся темно-зелеными, с голубым оттенком. Появляются бурые и фиолетовые пятна, на месте которых впоследствии образуются некрозы. Признаки фосфорного голодания чаще становятся заметны в холодную погоду, сначала на старых, а затем и на молодых листьях.
У зерновых из-за нехватки фосфора стебель становится грубым, уменьшается количество зерен в колосе, замедляется созревание.
Признаки калийного голодания схожи с азотным. Но при нехватке калия поражаются только края листьев, а в центре они остаются зелеными. Края листьев желтеют, буреют и засыхают. При недостатке калия клетки растут неравномерно, что является причиной гофрированности, куполообразной формы листьев. Нехватка калия визуально становится заметной обычно в середине вегетации.
Визуальная диагностика является наиболее простым методом, она не требует специального оборудования. Однако для качественной визуальной диагностики необходим большой практический опыт. Кроме того, часто внешние признаки нарушения питания растений проявляются поздно, что является причиной необратимых процессов и будущих потерь урожая и качества продукции. Химическая диагностика минерального питания позволяет определить химический состав растений в период недостатка элементов. Но иногда элемент питания накапливается в растении вне зависимости от того, насколько он необходим для развития культуры. Этот фактор ограничивает возможность и объективность метода химической диагностики.

Химическая диагностика минерального питания позволяет определить состав растений в период недостатка элементов

И здесь наряду с традиционными агрохимическими методами анализа важную роль в оптимизации питания культуры находит метод функциональной диагностики, или экспресс-метод. Он относится к качественным методам анализа и позволяет в течение одного часа определить потребность растений в 14 макро- и микроэлементах, а также дать рекомендации по проведению некорневых подкормок. Результаты функциональной диагностики применимы для большинства выращиваемых сельскохозяйственных культур.
Экспресс-анализ удобен тем, что можно быстро определить потребность растений в элементах питания и удовлетворить ее в короткие сроки путем внесения нужного количества удобрений.Благодаря качественному проведению функциональной листовой диагностики определяется степень голодания растений, так как листья являются индикаторами нехватки питательных элементов. В ходе анализа определяют нормы внесения удобрений для поддержания растений в тонусе, что способствует повышению стрессоустойчивости, получению высокого урожая, повышению иммунной системы для защиты растений от различных заболеваний, укреплению корневой системы.

Экспресс-метод относится к качественным методам анализа и позволяет в течение одного часа определить потребность растений в 14 макро- и микроэлементах, а также дать рекомендации по проведению некорневых подкормок

С помощью функциональной листовой диагностики растений озимой пшеницы в фазе кущения выявлена потребность в минеральном питании

Растение является живым организмом. Оно реагирует на изменение климата и условий почвы, воздействие механических и химических стрессов. Из-за неблагоприятных условий можно потерять до 70% растений, а иногда случается полная гибель урожая.

Совакупность методов, напрпавленных на изучение вопроса обеспечения растений питательными веществами называется диагностикой питания растения. Целью такой диагностики является непрерывный контроль за условиями выращивания и состоянием растений, а если необходимо - изменение питания растений.

Важно знать, что диагностика питания растений бывает комплексной (регулярной) и оперативной (в течение вегетации), а к методам диагностики питания растений относят почвенную (количественное содержание питательных веществ в почве) и растительную диагностику (состав химических веществ в растении).

Иследование растения может заключаться в определении достаточности растению получаемых химических элементов (важно учитывать биологические особенности, периоды вегитации, темпы роста, историю почвы, агрохимические карты): анализ состава корней и листьев.

Таким образом, диагностика растения включает в себя визуальный осмотр, химическое и функциональное (физиологическое) исследовние.

Методы функциональной диагностики дают возможность с помощью интенсивности физико-биологических процессов оценить потребность растений в элементах питания (потребность в азоте определяют по способности тканей восстанавливать нитраты в нитриты) [ 1 ] .

Потребность растений в макро- и микроэлементах можно оценить, контролируя интенсивность физиолого-биохимических процессов. А.С. Плешковым и Б.А. Ягодиным в 1982 году был разработан принцип диагностики питания растений по определению фотохимической активности хлоропластов. Если активность хлоропластов по сравнению с контролем повышается, то это означает недостаток элемента питания, если снижается - избыток. Об оптимальной концентрации в питательной среде говорит одинаковая активность.

На данный момент кроме описанного выше метода существуют:

1. Метод диагностики функционального состояния растений по измерению амплитудно-фазовых характеристик рассеянного на растительной ткани квазимонохроматического излучения зондирующего лазерного пучка [5]. С помощью этого метода оценивают состояние фотосинтезирующих и нефотосинтезирующих тканей растений с помощью упорядочения их микроструктурной организации.

2. Метод тканевой диагностики [ 3 ] - это функциональная экспресс-диагностика по фотосинтетической активности хлоропластов. Определение основано на измерении фотохимической активности суспензии хлоропластов средней пробы листьев без добавления диагностируемого элемента, а затем с испытуемым элементом. В случае повышения фотохимической активности суспензии хлоропластов по сравнению с контролем (без добавления элементов) делают заключение о необходимости внесения элемента, а случае снижения - об избыточном его содержании и при активности, одинаковой с контролем - об оптимальной концентрации диагностируемого элемента в питательной среде.

При тканевой диагностике используют ионселективные электроды для определения ряда элементов и их соединений, что позволяет получать количественные показатели по содержанию калия, натрия, кальция, магния, хлора, брома, меди, свинца, кадмия, фосфора, бора, серы и нитратов в выжатом соке, пасоке и в вытяжках из свежих растений. Указанные элементы определяют этим методом только в том случае, когда они находятся в ионной форме и не связаны в органические или неорганические комплексы.

3. Функциональная диагностика фотоколориметрическим методом анализа. В ходе этого метода исследуют фотохимическую активность суспензии хлоропластов [3]. Ее получают из средней пробы листьев диагностируемых растений. В полученную суспензию добавляют определенную концентрацию питания и снова определяют фотохимическую активность суспензии.

В случае повышения фотохимической активности суспензии хлоропластов по сравнению с контролем (без добавления элементов) делается вывод о недостатке данного элемента, при снижении об избытке, при одинаковой активности - об оптимальной концентрации в питательной среде.

5. Экспресс контроль азотного питания растений. В европейских странах широко используются различные компактные приборы - N-тестеры, позволяющие по интенсивности окраски листьев определять потребность растений в азоте [ 3 ] . Это связано с тем, что непосредственный участник фотосинтеза - хлорофилл определяет зеленый цвет листьев растений. Азот входит в состав хлорофилла и оказывает большое влияние на интенсивность фотосинтеза. Поэтому наблюдается зависимость между обеспеченностью растений азотом и интенсивностью окраски листьев.

N-тестер – портативный прибор, предназначен для определения уровня азотного питания растений по содержанию хлорофилла в листьях непосредственно в поле без использования вспомогательных средств. Уровень азотного питания определяется с помощью интенсивности окраски листового аппарата, используются относительные единицы. Можно применять для всех с/х культур.

Преимуществом этого метода является то, что на измеряемую величину не оказывают влияние такие факторы как временной отрезок дня, налет от опрыскивания химическими препаратами, влажные листья (осадки, роса).

6. Другими приборами функциональной диагностики яывляются [ 4 ] :

Микропроцессорный фотоколориметр - используется для определения коэффициента пропускания и оптической плотности растворов.

Рефрактометр - прибор для определения содержания сахара и сухого вещества в растении. Его используют также для определения сроков уборки урожая, для контроля иммунного статуса растений в течение вегетации, определения качества плодов.

рН-метр IQ 128. С помощью этого прибора определяют рН клеточного сока, который является показателем имунного статуса растения. Данный прибор позволяет прогнозировать устойчивость растений к заболеваниям.

Минибатт - ручной мини-комбайн для отбора проб зерна в поле.

Мультитест - прибор, предназначенный для измерения температуры, влажности и удельного веса зерна экспресс-методом.

Анализатор жизнеспособности семян GermPro 7010 - прибор, измеряющий ферментативную активность зародыша семени. Метод основан на окрашивании зерен, с помощью чего можно выявить нежизнеспособные семена.

Нитрачек 404 - прибор, измеряющий содержание нитратов в растениях, почве, воде с помощью индикаторных тестовых полосок.

Барокамера по Шоландеру - прибор для измерения давления ксилемного тока в растениях. Он дает возможность исследовать состояние сосудов, измерять потребление растением влаги и питательные вещества из почвы.

Приборы и методы, использующиеся в настоящее время позволяют на ранних этапах оперативно выявлять внутренние изменения растений, до того как начались необратимые процессы, до появления визуальных симптомов, когда сохранение урожая уже не возможно. Также вышеописанные методы помогают определить потребность растений в подкормке, выяснить свойства почвы, плодородна она или нет, понять физиологические процессы растений.

1. Муравин Э.А., Плешков Б.П., Слипчик А.Ф. Разработка ферментативного метода диагностики азотного питания растений на основе определения активности нитратредуктазы //Изв. ТСХА. 1978. Вып. 4. С. 81.

2. Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.

3. Шеуджен А.Х. Конспект лекций по дисциплине "Прикладная агрохимия", Краснодар, 2015.

Позволяет определить не содержание того или иного элемента питания, а потребность растения в нём. Потребность растений в элементах можно оценить, контролируя интенсивность физиолого-биохимических процессов. А.С. Плешковым и Б.А. Ягодиным (1982) разработан принцип диагностики питания растений по определению фотохимической активности хлоропластов.

Принцип данного метода заключается в следующем. Определяют фотохимическую активность суспензии хлоропластов, полученной из средней пробы листьев диагностируемых растений, затем в суспензию добавляют элемент питания и вновь определяют фотохимическую активность.

В случае повышения активности по сравнению с контролем делается вывод о недостатке данного элемента, при снижении – об избытке, при одинаковой активности – об оптимальной концентрации элемента питания в растении.

Почему необходимо своевременно устанавливать и устранять стрессовое состояние растений?

Активность хлоропластов влияет на интенсивность фотосинтеза;
Интенсивность фотосинтеза определяет величину урожая.

Фотосинтетический аппарат растений реагирует на стрессы и изменения внешних условий (условия освещения, температура, влажность, изменения газового состава атмосферы, действие токсических агентов).

Антистрессанты, воздействующие на интенсивность и направленность процессов жизнедеятельности растений, позволяют более эффективно использовать все, что запланировано генотипом растений, т.е. в большей степени реализовывать свой биологический потенциал.

Использование функциональной диагностики позволяет:

В течение 1 часа определить потребность растений в 14 макро- и микроэлементах до того как внешние признаки недостатков начнут проявляться;
Установить стрессовое состояние растений и своевременно предпринять меры по его устранению;
Предотвратить затраты хозяйства на те препараты, которые не требуются растениям;
Скорректировать питание для увеличения биологического потенциала сельскохозяйственных культур.

Оснащение лаборатории

Экотест-2020

Современный микропроцессорный фотоколориметр.

Прибор предназначен для определения коэффициента пропускания и оптической плотности растворов. Может использоваться в химико-технологических, агрохимических, экологических и аналитических лабораториях промышленных предприятий, научно-исследовательских учреждений, органах контроля, инспекции и надзора для анализа природных и сточных вод, технологических растворов и экстрактов проб растительной и пищевой продукции, как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Простота выполнения анализов
Использование ЛЮБЫХ методик для определения различных элементов по ГОСТ
Установка ЛЮБЫХ 4 световых источников по желанию заказчика из 10 возможных
Автоматический расчет значений пропускания и оптической плотности
Подключение к компьютеру для расчета концентраций и составления отчетов
Возможность использовать прибора в полевых условиях
Питание от сети или батарей
Компактные размеры и небольшой вес
Отсутствие аналогов на российском рынке
Низкая стоимость по сравнению с зарубежными аналогами

Длины волн, нм 400, 430, 470, 502, 525, 565, 595, 620, 660,850 (любые 4 по выбору);

Диапазон измерений коэффициента пропускания, T % 1–100;

Диапазон измерений оптической плотности, D 0–2;

Погрешность при изменении коэффициента пропускания не более 2 %;

Длина оптического пути не более, мм 10;

Габаритные размеры, мм 230х120х50.

Проведение измерений в поле

Рефрактометр

Читайте также: