Время экспозиции и температура анаэробного сбраживания семян пастушьей сумки в лабораторной биогазовой установке оказали достоверное влияние на снижение жизнеспособности семян. При температуре анаэробного сбраживания 30–350С полная гибель семян пастушьей сумки произошла на 29 сутки, а при температуре 50–550С на 20 сутки.
Ключевые слова: семена пастушьей сумки, сорные растения, навоз, биогазовая установка, анаэробное сбраживание.
Один из важнейших элементов систем земледелия — борьба с сорняками. Сорняки — это растения, засоряющие сельскохозяйственные угодья и наносящие вред сельскохозяйственным культурам. К сорным принадлежат растения, не культивируемые человеком, но исторически приспособившимся к условиям возделывания культурных растений, растущих вместе с ними и наносящие вред посевам. В процессе эволюции некоторые сорняки настолько приспособились к условиям жизни культурных растений, что существуют как спутники последних и произрастают совместно. Такие сорняки называются специализированными. Они засоряют посевы только определенных культур.
Сорняки отличаются большой устойчивостью к неблагоприятным почвенно-климатическим условиям. Приспосабливаясь к жизни культурных растений, они вырабатывают аналогичные им свойства как высокоорганизованные растения, обладают высокой экологической пластичностью. Жизнеспособные семена сорных растений содержатся практически во всех видах органических удобрений. Внесение некачественных органических удобрений на поля может привести к увеличению численности сорных растений в посевах сельскохозяйственных культур. Семена сорных растений, заделанные в почву с органическими удобрениями, оказываются в оптимальных условиях питания, что обеспечивает им мощное развитие, повышенную конкурентоспособность по отношению к культурным растениям и высокую семенную продуктивность.
Присутствие в органических удобрениях большого запаса жизнеспособных семян сорных растений значительно снижает эффективность вносимых удобрений. Литературные данные указывают, что покой семян определяется анатомическим строением их оболочек. Покой семян может быть нарушен скарификацией, световыми, температурными и иными факторами. Хорошим способом подавления активности находящихся в навозе семян сорных растений является анаэробная (биогазовая) обработка навоза [1].
В 2008 г. в ОАО «СГЦ «Западный» введена в эксплуатацию первая биогазовая установка в Республике Беларусь. В поступающих в эту биогазовую установку органических отходах нами обнаружены семена более двадцати видов сорных растений. Для установления оптимальных режимов работы биогазовой установки, предотвращающих попадание жизнеспособных семян сорных растений в агроэкосистему и загрязнения прилегающих земель нами проведены исследования влияния процессов анаэробной ферментации органических отходов в биогазовой установке на сохранение жизнеспособности семян сорных растений. Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (договор с БРФФИ № Б13М–075 от 16.04.2013 г.).
Пастушья сумка — Capsella bursa pastoris, сем. Капустные. Стебель прямой, ветвистый, высотой 20…60 см. Листья очередные, нижние в прикорневой розетке, черешковые, стеблевые — стеблеобъемлющие, покрыты звездчатыми и простыми волосками. Цветки мелкие, белые, в кистевидном соцветии. Корень стержневой. Плод — треугольно-обратнояйцевидный раскрывающийся стручок. Семена в гнездах многочисленные, весьма мелкие, более или менее овальные, сплюснутые, с двумя бороздками к заостренному основанию. Поверхность блестящая, мелкобугорчатая, желто-коричневая. Всходы темно-зеленые, розеточной формы. Плодоносит в июле-сентябре. На одном растении образуется от 2000 до 50000 семян. Максимальная плодовитость 270000 семян. Сохраняют семена всхожесть в почве до 6 лет. Растет на полях, лугах, пастбищах. Засоряет преимущественно озимые зерновые, многолетние травы.
Цель работы — установить влияние времени и температуры анаэробного сбраживания семян пастушьей сумки в биогазовой установке на изменение их жизнеспособности.
Для установления закономерностей потери жизнеспособности семян сорняков в зависимости от времени и условий анаэробного сбраживания нами проведено сбраживание помещенных в тканевые мешочки семян с органическими отходами в лабораторной биогазовой установке (рисунок 1). Сбраживание семян проводили в течение 6, 12, 18, 24 дней при двух температурных режимах 30–350С и 50–550С. Температуру выдерживали путем помещения биогазовой установки в термостат. Для определения жизнеспособности семян сорных растений они высевались на фильтровальную бумагу в растильнях, заполненных на 2/3 водой. Высевались семена сорных растений, как не обработанные в биогазовой установке, так и семена, которые прошли сбраживание в биогазовой установке.
Рис. 1. Лабораторная биогазовая установка
Анаэробное сбраживание семян пастушьей сумки в лабораторной биогазовой установке оказало достоверное влияние на изменение жизнеспособности семян в зависимости от времени экспозиции и температуры (таблица 1)
Таблица 1
Жизнеспособность семян пастушьей сумки (Capsella bursa pastoris), %
|
Температура, 0С |
Экспозиция, сутки |
||||
|
0 |
6 |
12 |
18 |
24 |
|
|
30–35 |
74 |
82 |
68 |
38 |
0 |
|
50–55 |
74 |
36 |
12 |
0 |
0 |
Так, при обработке семян пастушьей сумки в биогазовой установке при температуре 30–350С в течение шести суток увеличивалось количество проросших семян и их всхожесть на 8 %, по сравнению с необработанными семенами.
При более длительной экспозиции семян пастушьей сумки в лабораторной биогазовой установке в течение двенадцати и восемнадцати суток происходило снижение количества проросших семян и всхожести до 38 %. В результате сбраживания в течение двадцати четырех суток семена пастушьей сумки полностью теряли всхожесть.
Увеличение температуры анаэробного сбраживания семян пастушьей сумки до 50–550С и экспозиции в течение шести суток привело к снижению всхожести семян на 38 % по сравнению с необработанными семенами. Экспозиция семян пастушьей сумки в лабораторной биогазовой установке в течение двенадцати суток при 50–550С снизила всхожесть семян до 12 %. Дальнейшая обработка семян в течение восемнадцати суток привела к полной потере всхожести семян.
Интерпретировав полученные экспериментальные данные, как временные ряды, что обусловлено последовательностью измерений в определенные моменты анаэробного сбраживания семян. Мы сможем установить трендовую зависимость жизнеспособности семян сорных растений от продолжительности их пребывания в биогазовой установке. Нами получены уравнения регрессии для температуры анаэробного сбраживания 30–350С y=-3,2x+90,8, для температуры 50–550С y=-3,0667x+61,2, где х — время сбраживания, отражающие зависимость жизнеспособности семян пастушьей сумки от времени анаэробного сбраживания (рисунок 2).
Рис. 2. Зависимость жизнеспособности семян пастушьей сумки от времени и температуры анаэробного сбраживания
Также мы произвели расчет коэффициента достоверности аппроксимации (R2), который показывает степень соответствия трендовой модели исходным данным. Его значение может лежать в диапазоне от 0 до 1, чем ближе R2 к 1, тем точнее модель описывает имеющиеся данные. При анаэробном сбраживании семян пастушьей сумки коэффициент достоверности аппроксимации составил R2 = 0,8121–0,8595. Полученные коэффициенты подтверждают то, что увеличение времени сбраживания достоверно влияет на снижение жизнеспособности семян пастушьей сумки. Причем коэффициент достоверности увеличивается с увеличением температуры сбраживания.
На основании математических расчётов установлены следующие значения потери жизнеспособности семян пастушьей сумки при их анаэробном сбраживании. Установлено, что полная гибель семян пастушьей сумки происходит при температуре их анаэробного сбраживания 30–350С на 29 сутки, а при температуре 50–550С на 20 сутки (таблица 2).
Таблица 2
Расчетная жизнеспособность семян пастушьей сумки (Capsella bursa pastoris), %
|
Экспозиция, сутки |
Температура анаэробного сбраживания семян, 0C |
|
|
30–350С |
50–550С |
|
|
y=-3,2x+90,8 |
y=-3,0667x+61,2 |
|
|
1 |
87,6 |
58,1 |
|
2 |
84,4 |
55,1 |
|
3 |
81,2 |
52,0 |
|
4 |
78,0 |
48,9 |
|
5 |
74,8 |
45,9 |
|
6 |
71,6 |
42,8 |
|
7 |
68,4 |
39,7 |
|
8 |
65,2 |
36,7 |
|
9 |
62,0 |
33,6 |
|
10 |
58,8 |
30,5 |
|
11 |
55,6 |
27,5 |
|
12 |
52,4 |
24,4 |
|
13 |
49,2 |
21,3 |
|
14 |
46,0 |
18,3 |
|
15 |
42,8 |
15,2 |
|
16 |
39,6 |
12,1 |
|
17 |
36,4 |
9,1 |
|
18 |
33,2 |
6,0 |
|
19 |
30,0 |
2,9 |
|
20 |
26,8 |
0 |
|
21 |
23,6 |
0 |
|
22 |
20,4 |
0 |
|
23 |
17,2 |
0 |
|
24 |
14,0 |
0 |
|
25 |
10,8 |
0 |
|
26 |
7,6 |
0 |
|
27 |
4,4 |
0 |
|
28 |
1,2 |
0 |
|
29 |
0 |
0 |
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что время экспозиции и температура анаэробного сбраживания семян пастушьей сумки в биогазовой установке оказали достоверное влияние на снижение жизнеспособности ее семян. Полная гибель семян пастушьей сумки произошла при температуре анаэробного сбраживания 30–350С на 29 сутки, а при температуре 50–550С на 20 сутки.
Литература:
1. Босак, В. Н. Органические удобрения: Монография / УО «Полесский государственный университет». — Пинск: ПолесГУ, 2009. — 256 с.
