СТАТЬИ
Агробиологические и агроэкологические исследования
Института биологии: вклад в развитие
агропромышленного комплекса республики
д.б.н., проф. Т. Головко
Научные интересы: физиология растений, продукционный процесс Республика Коми занимает существенную часть европейского Северо-Востока России и имеет богатые природные ресурсы. Экономика и характер природопользования в основном связаны с топливно-энергетическими, минерально-сырьевыми и лесными ресурсами. Доля сельского хозяйства невелика. Однако устойчивое социально-экономическое развитие региона невозможно без собственного аграрного производства. Этот тезис подтверждается всей историей развития производительных сил. Несмотря на сложные климатические условия, долгое время Север оставался по преимуществу аграрным районом. Здесь рано было освоено земледелие и животноводство. Вплоть до начала ХХ столетия сельское хозяйство и оленеводство составляли основу жизни населения. Научную базу сельского хозяйства заложил А.В. Журавский, основавший в Печорском крае первую опытную станцию. Он хорошо понимал, что для развития эффективного земледелия в условиях холодного климата необходима систематическая опытническая работа. Исследования, имеющие выход на агропромышленный комплекс, традиционны в тематике Института биологии. Они являются естественным продолжением работ по проблемам сельскохозяйственного освоения Севера, начатых сотрудниками Академии наук в 30-40-е годы. В настоящее время с появлением специализированного научно-исследовательского производственно-технического института агропромышленного комплекса Республики Коми (НИПТИ АПК) спектр выполняемых работ существенно сузился, но они стали глубже и носят фундаментальный характер. Можно выделить следующие основные направления исследований: почвенные, интродукционные, физиолого-биохимические, природоохранные и агробиологические. Уникальная база данных, накопленная в течение многих лет, содержит все необходимые сведения для разработки научных основ рационального использования агробиологических ресурсов и развития растениеводства. В результате многолетних географических и стационарных исследований завершена инвентаризация почв Республики Коми. Под руководством д.с.-х.н. И.В. Забоевой подготовлены листы Государственной почвенной карты (М 1:1000000). Земельные ресурсы превышают 40 млн. га и в настоящее время имеют, главным образом, лесохозяйственное значение. Сельскохозяйственные угодья занимают около 450 тыс. га (1% территории республики). Заметим, что пашня составляет менее 100 тыс. га. Поэтому, в перспективе, с учетом ориентации страны на продовольственную независимость, потребуется новое освоение и окультуривание под сельскохозяйственные угодья, и особенно под пашню, дренированных водоразделов и склонов южной экспозиции, где теплообеспеченность выше и нет потребности в проведении дорогостоящего осушения. Целесообразность расширения пашни связана и с ожидаемыми глобальными изменениями климата. По прогнозам в ближайшие 30-50 лет средняя годовая температура в высоких широтах может повыситься на 3-5 °С, что будет способствовать развитию сельскохозяйственного производства на Севере. Большой вклад внесли почвоведы в решение проблемы сохранения и повышения почвенного плодородия. Т.Г. Заболоцкой, И.И. Юдинцевой, В.А. Безносиковым, И.Н. Хмелининым и Г.Я. Елькиной детально изучен круговорот минеральных элементов в агроценозах. На основе детального анализа азотного, фосфорного, окислительно-восстановительного и гидротермического режимов пахотных почв разработаны эколого-агрохимические аспекты управления минеральным питанием растений. Предложены агробиологические и агрохимические методы улучшения круговорота веществ в земледелии (дифференцированная структура посевных площадей, система удобрений, известкование, фосфоритование). В ряде случаев они носят инновационный характер и позволяют в значительной мере сократить затраты на получение растениеводческой продукции. Доказана эффективность местных агроруд – анальцимсодержащих пород-цеолитов, доломитизированных известняков, фосфоритов (И.Н. Хмелинин). Под руководством д.с.-х.н. В.А. Безносикова разработана структура посевных площадей, отвечающая принципам адаптивного земледелия. Она основана на подборе культур, способных максимально использовать местный природно-климатический потенциал. В южной зоне, где биоклиматические ресурсы достаточны для получения товарного урожая большинства однолетних культур, целесообразно возделывание зерновых колосовых и бобовых (рожь, ячмень, овес, горох, пелюшка и др.), по мере продвижения на Север уменьшается набор видов и сокращается доля однолетних (пропашных) культур, а их место занимают многолетние травы. Начало систематических исследований физиолого-биохимических основ продуктивности растений в условиях Республики Коми положил академик ВАСХНИЛ П.П. Вавилов. Проблемы растениеводства долгое время были предметом его пристального внимания. Растения на Севере растут и развиваются в крайних условиях существования. Возделывание многих культур ограничивается недостатком тепла (65-90 % нормы), коротким вегетационным периодом (80-100 дней), бедностью и повышенной кислотностью почв. Поэтому особое внимание на всех этапах уделялось изучению фотосинтетической деятельности как основы формирования урожая агроценозов. Экспериментальные определения фотосинтеза, проведенные В.М. Швецовой, показали, что суточная продолжительность ассимиляции углерода в условиях длинного дня достигает 18-20 часов. Это почти в 1.5 раза дольше, чем в средней полосе России. Особенно благоприятные условия складываются для многолетних растений, активная вегетация которых нередко отмечается уже в начале мая и протекает на длинном дне. Отличительной особенностью культурных растений на Севере является то, что они фотосинтезируют с максимальной или близкой к максимальной скоростью при умеренных температурах. Зона температурного оптимума фотосинтеза холодостойких видов многолетних трав (клевер красный сорта Печорский улучшенный, мятлик луговой, лисохвост луговой, двукисточник тростниковидный и др.) находится в пределах 12-16 °С, а картофеля – 15-20 °С. Среди исследованных однолетних культур сравнительно интенсивно фотосинтезируют картофель, ячмень, среди многолетних – клевер красный. Физиологами В.М. Швецовой, С.В. Куренковой, Т.К. Головко доказано, что свойственные адаптированным к северным условиям культурам лабильный фотосинтетический аппарат, способность эффективно функционировать в широком диапазоне освещенности и при пониженных температурах являются важной предпосылкой накопления высокого урожая. Большая проблема, требующая своего решения – расширение набора возделываемых в республике культур. Для этого важно использовать виды и сорта, приспособленные к местным условиям. Работами Е.С. Болотовой, Р.А. Рощевской, В.М. Швецовой выявлено, что оптимизированные к условиям Севера культуры должны отличаться мощным фотосинтетическим аппаратом, быстрым ростом листовой поверхности, более ранним переходом к формированию репродуктивных и запасающих органов, усиленным распределением в них ассимилятов. Особое значение в условиях холодного климата приобретают скорость прохождения этапов развития, адаптивность и стабильность сортов, связанные со временем созревания культуры. Ранние и среднеранние сорта дают более стабильные урожаи, чем среднепоздние и поздние, которые не успевают реализовать свой потенциал до завершения вегетационного периода. Выявлено, что у поздних культур и сортов сохраняется высокое содержание в листьях и стеблях растворимых углеводов и элементов минерального питания. Репродуктивные органы сильно оводнены, в них понижено содержание высокополимерных форм углеводов и белков. О физиологической недозрелости и неподготовленности к хранению конечного продукта онтогенеза свидетельствует высокая скорость дыхания клубней и зерна (Т.К. Головко). Полевые опыты А.М. Швецовой, С.В. Куренковой и Г.Н. Табаленковой с картофелем и другими культурами показали, что с помощью биологически активных препаратов можно ускорить рост и развитие растений. При этом урожай картофеля, зерновых и овощных культур повышался на 25-30 %. Улучшалось качество клубней, они содержали больше крахмала и лучше хранились. Управление продукционным процессом на основе использования ничтожно малых концентраций синтетических аналогов природных гормонов и других биологически активных веществ открывает новые перспективы для северного растениеводства. Условия Республики Коми позволяют иметь прочную кормовую базу животноводства. Для решения данной проблемы важно расширение набора культур и использование многокомпонентных ценозов с учетом экологической ниши каждого из видов. Проведенные сотрудниками Института биологии и НИПТИ АПК совместные исследования показали, что в качестве основного компонента травосмесей, как покровная культура при выращивании многолетних бобовых трав, в поукосных посевах после озимой ржи и для улучшения сенокосных угодий может успешно использоваться райграс однолетний. Замена райграсом овса в травосмесях дает значительный экономический эффект, позволяет использовать овес для пищевых и фуражных целей. Большое значение имеет бобовый компонент травосмесей и, в частности, клевер красный. Помимо обогащения кормов растительным белком, посевы клевера способствуют улучшению почвенного плодородия, накапливая в почве до 200 кг/га азота (Т.Г. Заболоцкая, Н.В. Чебыкина). Интенсифицировать процесс биологической азотфиксации позволяет использование специальных препаратов, содержащих микроорганизмы – азотфиксаторы. Успешные испытания этих препаратов на бобовых в условиях республики проведены с участием Л.К. Груниной, С.В. Куренковой и А.А. Потапова. Следует отметить, что для получения урожая сухой биомассы 50 ц/га требуется ежегодное внесение до 350 кг/га дорогостоящих азотных удобрений, производство и применение которых вызывают значительные экологические проблемы. Более того, при современных ценах на минеральные удобрения, особенно азотные, использование клеверных агроценозов выгодно не только экологически, но и экономически. Вместе с тем, многократные попытки клеверосеяния завозными семенами не достигли цели. Сравнительные физиолого-биохимические исследования районированного сорта клевера красного Печорский улучшенный (Северянин) и более южного Московский-1 выявили сильные различия в прочности хлорофилл-белкового комплекса, активности ферментов окислительно-восстановительных систем, способности к белковому синтезу при действии низких положительных температур, интенсивности накопления сухого вещества и азотистых соединений в подземной части (Г.Н. Табаленкова, С.В. Куренкова). В результате слабо устойчивые растения южного сорта плохо перезимовывали, их травостой сильно изреживался, тогда как устойчивый сорт сформировал высокопродуктивный ценоз. Этот факт указывает на необходимость исследований и учета соответствия метаболизма растений климатическим и эдафическим условиям при расширении набора возделываемых культур и видов. В результате многолетних интродукционных работ сотрудниками отдела Ботанический сад было изучено около 2000 видов, разновидностей, форм и сортов. Теоретически обоснована схема поэтапного изучения растений: от поиска и мобилизации нового исходного материала до выведения сор- тов (К.А. Моисеев, В.П. Мишуров, Ю.М. Фролов). Выделены группы перспективных кормовых растений, обладающих комплексом полезных признаков. К числу таких растений относятся редька масличная, горчица белая, рапс, топинамбур, горец Вейриха, окопник, борщевик Сосновского и другие. Эти растения хорошо растут и в условиях короткого северного лета, способны давать от 300 до 800 ц/га зеленой массы. Из более чем 200 таксонов кормовых растений и картофеля, содержащихся в живых коллекциях Ботанического сада, рекомендовано для использования в практике народного хозяйства более 50 таксонов. Перспективными, обладающими комплексом полезных признаков, признаны группы растений из восьми семейств. В семействе Бобовые – это клевер луговой, козлятник восточный, чина луговая, ч. посевная, люцерна желтая, донник белый, в семействе Бурачниковые – родовой комплекс окопника. В.П. Мишуровым, Т.Б. Лапшиной и Н.И. Иевлевым выведены и переданы народному хозяйству адаптированные сорта кормовых растений, среди которых борщевик Сосновского «Северянин», горец Вейриха "Сыктывкарец", топинамбур "Выльгортский", козлятник восточный "Еля-ты". Создана синтетическая популяция костреца, высокопродуктивного кормового злака, выявлены перспективные для селекционной работы образцы (К.С. Зайнуллина, О.В. Шалаева). Ботанический сад имеет богатые коллекции (350 видов, форм и сортов) древесных и кустарниковых растений, а также травянистых декоративных (50 видов, форм и сортов), которые постоянно пополняются усилиями Г.А. Волковой и Л.А. Скупченко. Освоены и широко используются биотехнологические методы размножения и оздоровления растений, получения безвирусного посадочного материала (С.И. Семенчин, Н.П. Ромашко). В последние годы начата целенаправленная работа по интродукции лекарственных растений, применяемых в медицинской практике и ветеринарии (Н.В. Портнягина, Н.Ю. Шелаева и др.). Установлено, что перспективными для возделывания с целью получения растительного сырья являются такие многолетние виды, как репяшок аптечный, чистотел большой, девясил высокий, душица обыкновенная, кровохлебка лекарственная, череда трехраздельная, фиалка трехцветная и другие виды. Успешно интродуцированы экдистероидсодержащие виды – рапонтикум сафлоровидный (левзея или маралий корень), серпуха венценосная. Эти виды могут быть использованы как промышленный источник биологически активных веществ (д.б.н. В.В. Володин, к.х.н. В.В. Пунегов). Нельзя не отметить успешные работы д.б.н. Ю.М. Фролова по введению в культуру родиолы розовой, которую в народе справедливо называют «северным женьшенем». Препараты из родиолы применяют в качестве стимулирующего и адаптогенного средства. Разработана методика размножения родиолы семенами и ризидами (Ю.М. Фролов, И.И. Полетаева). Установлены оптимальные сроки и способы сева, отработана агротехника, отобраны перспективные образцы для создания сорта. При непосредственной консультативной помощи ученого созданы производственные плантации в фермерских хозяйствах и лесхозах. Путем подсева семян частично восстановлен ряд природных популяций этого ценного вида. По данным д.б.н. В.А. Мартыненко флора Республики Коми включает около 100 видов лекарственных растений, которые применяются в практической медицине, но только 50 из них произрастают в количествах, позволяющих организовать заготовки. Поэтому разработка технологии размножения и выращивания ценных видов лекарственных растений имеет большие перспективы. Для успешного культивирования растений, привлекаемых из природной флоры, необходимы детальные исследования биологии роста и развития, определения зависимости энергетического и пластического обмена от внешних и внутренних факторов. В связи с возможной организацией производства лекарственного сырья и пищевых добавок в промышленных масштабах, большое положительное значение имеет то, что в республике пригодные для с/х производства площади еще мало загрязнены. Это позволяет получать экологически чистую продукцию. Агроэкологический аспект присутствует практически во всех рассмотренных выше направлениях. Под руководством д.б.н. И.Б. Арчеговой разрабатываются природоохранные приемы, направленные на восстановление и улучшение земель, загрязненных нефтепродуктами, радиоактивными веществами и другими токсикантами. Для обоснования и развития рекультивационных работ большую роль сыграли исследования к.б.н. И.С. Хантимера по залужению тундры. Почти полвека назад им были созданы сеяные луга в Заполярье, которые сохранились до сих пор. Этот уникальный, не имеющий аналогов в мире опыт не только раскрыл возможности тундрового луговодства, но и показал пути восстановления нарушенных земель на Крайнем Севере. Для биологической очистки нефтезагрязненных почв разработана серия высокоэффективных бактериальных препаратов (И.Б. Арчегова, М.Ю. Маркарова, Г.Г. Романов). Учеными института разработан регламент приемки нарушенных и загрязненных нефтью и сопутствующими пластовыми водами земель после проведения восстановительных работ. Предложены методы утилизации крупнотоннажных отходов целлюлозно-бумажной промышленности и использования лигнина для производства органо-минерального удобрения, сорбентов. Разработана и внедрена система мониторинга земель. Созданы почвенно-экологические карты. Большое внимание уделяется экологической оценке системы землепользования. Обоснована возможность эффективного развития растениеводства на принципах всестороннего учета агроэкологических факторов и всемерной биологизации, включающей отбор и привлечение хорошо приспособленных видов и сортов, применение биотехнологических методов и энергосберегающих технологий, повышение биологической азотфиксации. Реальной базой для сотрудничества Института биологии с учреждениями Россельхозакадемии в деле научного обеспечения развития сельскохозяйственной отрасли стала Межрегиональная научно-техническая программа "Биологические ресурсы северо-востока европейской части России и их рациональное использование в продовольственном комплексе", разработанная совместно с коллегами из НИИСХ Северо-Востока им. Рудницкого (г. Киров). Эта программа направлена на решение большого круга проблем в интересах развития АПК северного региона. В рамках данного проекта при финансовой поддержке гранта Минпромнауки и технологий РФ и бюджета РК в 1999-2001 годах выполнен комплекс исследований продукционного процесса интенсивных сортов ячменя Кировской селекции. Показана возможность получения высоких урожаев (до 27-30 ц/га) зерна в производственных условиях. Подобраны, испытаны и рекомендованы биологически активные препараты (янтарная кислота, ризоагрин) для повышения устойчивости и продуктивности ячменя (лаборатория экологической физиологии растений). Продолжены работы по выявлению новых видов биологических ресурсов кормовых, декоративных, лекарственных растений на территории России, пригодных для культивирования их в условиях европейского Северо-Востока (отдел Ботанический сад). Современные разработки Института биологии обобщены в сводке "Агробиологические ресурсы Республики Коми и их рациональное использование", изданной при участии Минсельхозпрода РК, отражены в отчетах и рекомендациях.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 4060 посещений с 04.05.2002 |