CC BY
85
DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11206
УДК 631.452
Анализ лимитирующих агроэкологических факторов урожайности и качества твердой пшеницы в засушливых условиях
и. и. ВАСЕНЕВ1, и. н. БЕСАЛИЕВ2, П. Н. МАЛЬЧИКОВ3, Г. И. ШУТАРЕВА4, Т. М. ДЖАНЧАРОВ1, Д. В. МОРЕВ1, А. М. ЯРОСЛАВЦЕВ1, М. Ю. КУРАШОВ5
'Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация
2Оренбургский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий РАН, просп. Гагарина, 27/1, Оренбург, 460051, Российская Федерация
3Самарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. Н. М. Тулайкова, ул. К. Маркса, 41, пос. Безенчук, Безенчукский р-н, Самарская обл., 446254, Российская Федерация
4Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока, ул. Тулайкова, 7, Саратов, 410010, Российская Федерация
5Barilla Rus LLC, Бутырский тупик, 1, Солнечногорск, Московская обл., 141500, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили с целью анализа агроэкологических факторов, лимитирующих урожайность и качество зерна твердой пшеницы на экспериментальных участках, регионально распределенных от Поволжья до Южного Предуралья, для агроэкологически обоснованного расширения посевов культуры в условиях наиболее пригодных для ее устойчиво рентабельного производства. Представлены результаты системного анализа проводимых по единой принципиальной схеме полевых опытов с 4-мя сортами твердой пшеницы (Аннушка, Гордея, Золотая, Луч-25) при двух уровнях интенсивности агротехнологий на среднемощных средне- и малогумусных типичных черноземах средне- и тяжелосуглинистого гранулометрического состава в Саратовской, Самарской и Оренбургской областях. В условиях засушливого 2018 г. отмечено доминирование региональных и сортовых факторов дифференциации урожайности и качества твердой пшеницы. При этом в варианте с более интенсивной агротехнологией с внесением даже небольших доз минеральных удобрений отмечено существенное снижение регионально обусловленного варьирования урожайности и качества пшеницы. За последнее десятилетие в лесостепных районах Поволжья произошло увеличение суммарных осадков за вегетационный период, по сравнению с прошлым веком, в среднем на 55 мм. Особенно выросли максимальные величины этого показателя для Самарской области (до 17 %). В условиях Южного Предуралья отмечена тенденция к снижению общего количества осадков в период вегетации (на 13 мм), наибольшим образом это проявляется летом, в период активного роста твердой пшеницы и налива зерна. Качество зерна твердой пшеницы имеет расширенный набор предикторов. Наряду со сроками посева и прохождения фенологических фаз развития, важную роль играют региональные агроэкологические особенности черноземов, содержание в них доступных для растений форм азота, калия, серы и реакция почвенной среды. Основным лимитирующим параметром интегральной оценки качества исследуемых сортов стал «Индекс цвета «Ь» (Минолта)», который характеризует востребованный на рынке желтовато-золотистый цвет зерна. Ключевые слова: агроэкологический мониторинг, лимитирующие факторы, агроклиматические показатели, продукционный процесс, твердая пшеница, качество продукции, экспертные системы.
Сведения об авторах: И. И. Васенев, доктор биологических наук, зав. кафедрой (e-mail: [email protected]); И. Н. Бесалиев, доктор сельскохозяйственных наук, зав. отделом; П. Н. Мальчиков, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией; Г. И. Шутарева, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник; Т. М. Джанчаров, кандидат биологических наук, доцент; Д. В. Морев, кандидат биологических наук, старший преподаватель; А. М. Ярославцев, кандидат биологических наук, старший преподаватель; М. Ю. Курашов, менеджер.
Для цитирования: Анализ лимитирующих агроэкологических факторов урожайности и качества твердой пшеницы в засушливых условиях / И. И. Васенев, И. Н. Бесалиев, П. Н. Мальчиков и др. // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. №. 12. С. 30-37. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11206.
Analysis of Limiting Agroecological Factors of Yield and Quality of Durum Wheat under Arid Conditions
I. I. Vasenev1, I. N. Besaliev2, P. N. Malchikov3, G. I. Shutareva4, T. M. Dzhancharov1, D. V. Morev1, A. M. Yaroslavtsev1, M. Yu. Kurashov5
Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, ul. Timiryazevskaya, 49, Moskva, 127550, Russian Federation
2Orenburg Research Institute of Agriculture, prosp. Gagarina, 27, Orenburg, 460051, Russian Federation
3N. M. Tulajkov Samara Research Institute of Agriculture, ul. K. Marksa, 41, pos. Bezenchuk, Bezenchukskii r-n, Samarskaya obl., 446254, Russian Federation
4Research Institute of Agriculture of the Southeast, ul. Tulaikova, 7, Saratov, 410010, Russian Federation 5Barilla Rus LLC, Butyrskii Tupik, 1, Solnechnogorsk, Moscovskaya obl., 141500, Russian Federation
Abstract. The studies were aimed at analyzing agroecological factors that limit the yield and quality of durum wheat in experimental plots regionally distributed from the Volga Region to the South Urals for agroecologically justified expansion of durum wheat under conditions most suitable for its sustainable production. The results of a system analysis of field experiments conducted according to a single fundamental scheme with 4 durum wheat varieties (Annushka, Gordeya, Zolotaya, Luch-25) are presented at two intensity levels of agricultural technologies on medium-thick medium and low humic typical chernozems of medium and heavy loamy particle-size composition in the Saratov, Samara, and Orenburg regions. We noted the dominance of regional and varietal factors of differentiation of yield and quality of durum wheat under dry conditions of 2018. At the same time, in the variant with more intensive agricultural technology with even small doses of mineral fertilizers, a significant decrease in the regionally determined variation in the yield and quality of wheat was noted. Over the past decade, in the forest-steppe of the Volga region, it was registered an increase in total precipitation over the growing season, compared with the previous century, on average by 55 mm. The maximum values of this indicator especially increased (up to 17%) for the Samara region. In the South Urals, it was registered a downward trend in total precipitation during the growing season (by 13 mm), which was the most pronounced in the summer, during active durum wheat vegetation period and grain formation. Grain quality of durum wheat has an extended set of predictors. Along with the terms of sowing and phenological phases, an important role is played by the regional agroecological features of chernozems, the content of nitrogen, potassium, sulphur forms available to plants and the reaction of the soil solution. The main limiting parameter for the integral
assessment of the quality of the studied varieties was the "Colour Index "b" (Minolta)", which characterizes the yellowish-golden colour of the grain that is in demand on the market.
Keywords: agroecological monitoring; limiting factors; agroclimatic indicators; production process; durum wheat; product quality; expert systems.
Author Details: I. I. Vasenev, D. Sc. (Biol.), head of department (e-mail: [email protected]); I. N. Besaliev, D. Sc. (Agr.), head of division; P. N. Malchikov3, Cand. Sc. (Agr.), head of laboratory; G. I. Shutareva4, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow; T. M. Dzhancharov1, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof.; V. Morev1, Cand. Sc. (Biol.), senior lecturer; A. M. Yaroslavtsev1, Cand. Sc. (Biol.), senior lecturer; M. Yu. Kurashov5, manager.
For citation: Vasenev I. I., Besaliev I. N., Malchikov P. N., Shutareva G. I., Dzhancharov T. M., Morev D. V., Yaroslavtsev A. M., Kurashov M. Yu. Analysis of Limiting Agroecological Factors of Yield and Quality of Durum Wheat under Arid Conditions. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2019. Vol. 33. No. 12. Pp. 30-37 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11206.
Прогнозируемые глобальные изменения климата будут способствовать общему снижению урожайности большинства сельскохозяйственных культур (до 20 %) в основных регионах их современного производства вследствие возрастающего дефицита доступной растениям почвенной влаги и региональных запасов качественной пресной воды [1, 2]. При этом Россия потенциально выигрывает от доминирующего тренда глобального потепления благодаря увеличению продолжительности вегетационного периода, суммы активных температур и формированию более мягких климатических условий, включая прогнозируемый рост количества осадков [3, 4, 5].
Характерный для лесостепной и степной зон Европейской части РФ в первые десятилетия XXI в. ускоренный ежегодный прирост температуры почти в 2...3 раза превышает среднепланетарный. В годы с близким к климатической норме или превышающим ее количеством осадков это способствует формированию рекордных урожаев злаковых культур и росту экспорта зерна с повышением рентабельности и устойчивости сельского хозяйства РФ.
Сельскохозяйственный и экспортный потенциал РФ должен укрепляться благодаря нарастающему увеличению объемов устойчивого рентабельного производства зерна повышенного качества, прежде всего, твердой пшеницы, традиционно востребованной на мировом рынке, а также внутри страны. Доля России в общемировом производстве твёрдой пшеницы составляет менее 2 %, что явно не соответствует ее агроэкологическому потенциалу и требует научно-обоснованного расширения общей площади посевов, увеличения урожайности и качества зерна в наиболее перспективных регионах.
В европейской части Российской Федерации насчитывается около 50 сортов твердой пшеницы, допущенных к выращиванию, однако большинство из них занимают очень ограниченные площади и отличаются не самым лучшим качеством клейковины. Характерные для XXI в. повышенные требования к качеству продуктов питания на фоне глобальных изменений климата и агротехнологий актуализируют вопросы селекции и скрининга сортов твердой пшеницы с высокими показателями качества зерна, пригодного для производства макаронных изделий, а также подбора оптимальных технологий и региональных почвенно-экологических условий для их возделывания.
Между тем, два наиболее важных параметра для производства пасты «Качество клейковины» и «Индекс цвета «Ь» (Минолта)» [6, 7] не регулируются российским законодательством и почти не принимаются во внимание при регистрации нового сорта. Поэтому большинство производителей твёрдой пшеницы в России практически не знакомы с этими параметрами, что отрицательно влияет на интерес к российской твёрдой пшенице на мировом рынке, наряду с отсутствием официальной статистики по производству ее зерна на уровне Минсельхоза РФ и Росстата.
При этом близость к основным мировым зонам импорта - странам Средиземноморья дает России очевидные логистические преимущества, в сравнении со странами Северной Америки. Отсутствие в нашей стране массовой практики применения перед уборкой твердой пшеницы Глифосата и регионально выраженных проблем с микотоксином дезоксинивале-нолом (как следствия фузариоза колоса) способствует повышению наиболее важных показателей качества зерна [8, 9].
Ключевой проблемой остается его устойчивое рентабельное производства на основе рационального выбора наилучших доступных сортов и технологий, использования качественных семян, соблюдения оптимальных сроков посева, качественного и своевременного проведения всех обязательных и факультативных технологических операций, оперативно корректируемых по результатам агроэкологического мониторинга с использованием специализированных систем поддержки принятия решений.
С учетом природных агроклиматических ограничений и транспортно-логистических проблем регионального рынка производства и закупок твердой пшеницы наиболее перспективные регионы для последовательного расширения ее производства - Оренбургская, Саратовская и Самарская области с общей площадью традиционно пахотных земель более 14 млн га в лесостепной и степной зонах бассейнов Волги и Урала [10, 11].
В каждом из указанных регионов есть научно-исследовательские институты сельского хозяйства с многолетней историей селекции и развития наилучших технологий производства твердой пшеницы [12, 13]. Это дает хороший исходный материал и открывает экспериментальные возможности для целевого отбора и полевых испытаний перспективных сортов твердой пшеницы, а также агротехнических приемов на репрезентативных для каждого региона участках с учетом региональных особенностей и существенной пространственно-временной изменчивости агроклиматических условий, которые во многом определяют основные агрохимические и физико-химические показатели почв.
Цель исследования - анализ агроэкологических факторов, лимитирующих урожайность и качество зерна твердой пшеницы в засушливых условиях на трех сопоставимых между собой экспериментальных участках, регионально распределенных от Поволжья до Южного Предуралья, для агроэкологически обоснованного расширения посевов культуры на наиболее пригодных для ее устойчиво рентабельного выращивания землях.
условия, материалы и методы. Саратовская, Самарская, и Оренбургская области характеризуются высокой внутри- и межрегиональной изменчивостью основных агроклиматических характеристик (темпе- 31
Таблица 1. варьирование основных агрохимических показателей почв исследуемых участков
Регион Технология Содержание гумуса, % рН водной вытяжки Содержание подвижных форм по Мачигину, мг/кг
р2О5 к2о
мин.* макс. мин. макс. мин. макс. мин. | макс.
Саратов интенсивная 3,8 4,7 6,8 7,1 5 105 260 312
традиционная 4,1 4,7 6,7 8,3 20 91 215 391
Самара интенсивная 4,2 5,4 6,5 8,4 38 114 299 1272
традиционная 3,8 5,8 5,2 8,3 38 100 245 667
Оренбург интенсивная 3,1 5,9 6,4 9,0 18 78 332 1040
традиционная 3,3 6,9 6,7 8,8 19 83 363 1296
*мин. - минимальное, макс. - максимальное.
ратуры воздуха и осадков) с выраженной сезонной и межгодовой динамикой. В каждой из них есть свои территории (зоны), которые значительно различаются по агроклиматическим и почвенным условиям: в Саратовской области - 7, в Самарской - 3, в Оренбургской - 5. Повышенная сезонная изменчивость осадков определяет необходимость использования здесь современных цифровых технологий локального и регионального агроэкологического мониторинга с развитием рамочных (поэтапно адаптируемых) систем поддержки принятия решений в процессе возделывания твердой пшеницы.
В статье представлены результаты исследований, проводимых в полевых опытах в трёхкратной повтор-ности по единой схеме с 4 сортами твердой пшеницы (Аннушка, Гордея, Золотая, Луч-25) при двух уровнях интенсивности агротехнологий на типичных для
регионов среднемощных средне- и малогумусных черноземах средне- и тяжелосуглинистого гранулометрического состава на участках площадью по 1 га. Работу проводили на опытных полях НИИСХ Юго-Востока (Саратовский район Саратовской области), Самарского НИИСХ им. Н. М. Тулайкова (Безенчукский район Самарской области) и Оренбургского НИИСХ ФНЦ биологических систем и агротехнологий РАН (Оренбургский район Оренбургской области).
Исследуемые участки отличаются значительной внутрипольной пестротой основных агрохимических показателей (табл. 1), но в целом характеризуются средним и высоким содержанием органического вещества и подвижных форм основных элементов минерального питания, подходят для возделывания твердых сортов яровой пшеницы.
В качестве предшественника яровой твердой пшеницы во всех регионах был выбран черный пар (за исключением участка с традиционной технологией в Безенчуке, где посев проводили по гороху на зерно).
В Оренбургской области осенью, предшествующей году закладки опыта (2017 г.), на опытном участке была проведена вспашка плугом на глубину 22.25 см.
XX Век
400 ! о
* в X X 1 3 1
300 л • 1 ® о. 9 I К 1 о
200 1 о о. С I 1
100
0
2008-2018 гг.
* г
| 1 а 1
а Е к ? I
1 1 с I
2018
День года
Рис.1. Сравнительный анализ усредненной сезонной динамики осадков за XX столетие, последнее десятилетие и 2018 г.: - - Оренбург; -А- - Самара; •-(— Саратов.
Весной - боронование в два следа (30.04.2018) и предпосевная культивация КПС-4 (06.05.2018). На участке с интенсивной технологией вносили аммофос в дозе 40 кг/га д.в. по фосфору (05.05.2018), перед посевом семена обрабатывали препаратом Благо 3+ в дозе 1,5 л/т. Посев осуществляли сеялкой СН-16 (06.05.18). Препарат Благо 3+ использовали также в конце фазы кущения и в фазе молочной спелости (10.07.2018) в дозах 0,5 л/га. Урожай убирали комбайном Сампо-2010 (20.08.2018).
В Самарской области перед посевом по традиционной технологии проводили поверхностную обработку стерни гороха БДТ-3, по интенсивной технологии - за период парования летом 2017 г. до 5 культиваций на глубину 10...14 см КПС-4. Дальнейшая обработка почвы предусматривала боронование на 3.4 см БЗС-1 (03.05.2018), а перед посевом - культивацию ОПО-8 (для традиционной технологии) и КПС-4 (для интенсивной). Удобрения вносили в виде аммиачной селитры в дозе 30 кг д.в. с заделкой бороной БЗС-1 (02.05.2018). В обоих вариантах семена протравливали препаратом Сценик Комби (Байер) в дозе 1,5 л/т (20.04.2018). Посев осуществляли сеялкой СН-16 (10.05.2018). В период вегетации на участке с традиционной технологией в фазе кущения применяли гербициды против многолетних и просовидных сорняков, с интенсивной - современные средства защиты от вредителей и болезней, а также подкормки препаратом Благо 3+ в дозе 1,5 л/га в фазе кущения (1.06.2018) и налива зерна (05.08.2018). Уборку проводили комбайном Сампо-130 (08.08.2018).
В Саратовской области было проведено боронование на глубину до 4 см БЗСС-1 (30.04.2018) и пред-
посевная культивация КПС-4 (4.05.2018). На участке с интенсивной технологией перед боронованием внесли аммиачную селитру в дозе 30 кг/га д.в. Для обеспечения длительной защиты листьев на растениях при интенсивной технологии семена перед посевом обрабатывали препаратом Систива (BASF) в дозе 1 л/т (30.04.2018). Посев проводили сеялкой СН-16 (07.05.2018). На участке с интенсивной технологией применяли гербициды против двудольных сорняков с первой подкормкой препаратом Благо 3+ в дозе 1,5 л/т (22.05.2018) и обработку фунгицидами и инсектицидами с одновременной подкормкой препаратом Благо 3+ в дозе 1,5 л/т (26.07.2018). Уборку урожая осуществляли комбайном Сампо-2010.
Агроэкологические мониторинговые наблюдения и первичное детальное обследование полевых участков проводили при координации и с участием лаборатории агроэкологического мониторинга, моделирования и прогнозирования экосистем РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева - по согласованию с компанией Barilla Rus LLC и при поддержке компании «Barilla G. e R. Fratelli Societa per Azioni».
Локальные мониторинговые исследования на полевых опытах дополнены региональным обобщением и систематизацией агроэкологической (почвенной, ландшафтной и агроклиматической) информацией с созданием региональной ГИС с рамочными элементами прогнозирования потенциальной урожайности твердой пшеницы по величине поступающей за период ее вегетации фотосинтетически активной радиации (ФАР), сумме активных температур и осадков.
Результаты и обсуждение. Сравнительный анализ графиков накопления осадков за сезон в
Рис. 2. Сравнительный анализ сезонной динамики осадков в период вегетации твердой пшеницы 2018 г. (тонкая линия) и усредненной динамики за последнее десятилетие (утолщенная линия).
рис. 3. Сравнительный анализ сезонной динамики среднесуточной температуры воздуха в период вегетации твердой пшеницы 2018 г. (тонкая линия) и усредненной динамики за последнее десятилетие (утолщенная линия).
исследуемых регионах показал явные различия в их разновременных динамических трендах между Поволжьем (Саратовская и Самарская области) и Южным Уралом (Оренбургская область), которые очевидны при анализе их усредненных кумулят за 20-е столетие, последнее десятилетие и 2018 г. (рис. 1).
Преобладание в южноуральском регионе континентальных степных условий отражается в общей тенденции к уменьшению сезонных кумулированных осадков (на 10.15 мм) с максимальным отставанием
Рис. 4. Урожайность сортов твердой пшеницы в зависимости от уровня интенсивности агротехнологий и региона возделывания в условиях засушливого 2018 г.: □ - Оренбург; Н - Самара; □ - Саратов.
в период более активного развития и налива зерна твердой пшеницы.
Полуконтинентальные лесостепные условия Поволжья характеризуются постепенным увеличением сезонных кумулированных осадков за последнее десятилетие, по сравнению с ХХ в., на 35.70 мм, что означает увеличение на 9.17 относительных процентов с максимальными значениями для Самарской области. Но и здесь период наиболее активного развития твердой пшеницы часто сопровождается минимальным количеством осадков, а их более интенсивное выпадение во второй половине июля может ухудшать фи-тосанитарное состояние посевов.
В 2018 г. посевы твердой пшеницы развивались в крайне засушливых условиях с минимальным количеством осадков в течение двух месяцев вегетационного периода (рис. 2). В Оренбургской области их выпало всего 28% от нормы. В Поволжье дефицит сезонных осадков был несколько меньше. Значительный запас создали весенние дожди и снеготаяние, но их положительное последействие было ограничено высокой динамикой температурных условий (рис. 3) с максимально
Рис. 5. Содержание белка в зерне сортов твердой пшеницы в зависимости от уровня интенсивности агротехнологии и региона возделывания в условиях засушливого 2018 г.: □ - Оренбург; Щ - Самара; Н - Саратов.
выраженными в Саратовской области суховеями при небольшом количестве осадков в наиболее чувствительный к ним период вегетации твердой пшеницы.
Характерные для последних лет ливневые дожди во время созревания зерна создали дополнительные агроэкологические проблемы с локально спровоцированным активным ростом сорняков в микрозонах участков с пониженной эффективностью гербицид-ной обработки.
В целом на опытных участках в 2018 г. наблюдали доминирование в дифференциации урожайности твердой пшеницы региональных и сортовых факторов (рис. 4). При этом относительно более интенсивный вариант применяемой агротехнологии с внесением даже небольших доз минеральных удобрений и некорневой подкормкой по листу позволяет существенно снизить
уровень регионально обусловленной дифференциации в условиях засушливого года.
Пространственная изменчивость содержания и качества сырой клейковины в зерне твердой пшеницы в рамках проведенного исследования, как правило, обратно коррелировала с урожайностью. Самое стабильно высокое содержание белка(рис. 5)отмечено на Оренбургском опытном участке при пониженной урожайности на фоне ярко выраженной засухи и отсутствия снегового влаго-запаса. Более интенсивная технология с подкормкой позволяет снизить уровень региональной и сортовой дифференциации сбора белка, несмотря на локально негативное влияние применяемых удобрений в условиях экстремальной
засухи.
Анализ результатов мониторинга методом главных компонент показывает четкую агроэкологическую дифференциацию 3-х региональных групп анализируемых объектов (вектор 1, рис. 6) с почти независимой сегментацией урожайности и качества клейковины. Влияние сорта и интенсивности применяемой технологии (вектора 2 и 3) выделяются значительно менее отчетливо.
Аналогичные выводы о доминирующей роли в качестве предикторов регионального фактора и сезонного распределения осадков можно сделать после анализа корреляционной матрицы с кластерным анализом (рис. 7), достаточно четко дифференцирующей различные уровни корреляции с урожайностью и качеством зерна твердой пшеницы показателей плодородия черноземов и агротехнологий.
Рис. 6. Анализ результатов мониторинга методом главных компонент: 1 - регион, 2 - технология, 3 - сорт, 4 - абсолютная высота над уровнем моря, м, 5 - урожай, т/га, 6 - влажность зерна, %, 7 - масса 1000 зерен, г, 8 - количество зерен в колосе, шт., 9 - количество колосков в колосе, шт., 10 - высота пшеницы перед уборкой, см, 11 - количество стеблей на м2 , шт., 12 - общая кустистость, шт./раст., 13 - белок, т/га, 14 - глютеновый индекс, ед, 15 - качество глютена, ед., 16 - глютен, т/га, 17 - содержание белка в зерне, %, 18 - каротиноиды, мг/100 г, 19 - микро-SDS-седиментация (шрот), ММ, 20 - содержание сырой клейковины, %, 21 - Минолта В индекс, 22 - рН водный почвенной суспензии, 23 - рН солевой почвенной суспензии, 24 - содержание NH4+ в почве перед посевом, 25 - содержание S в почве перед посевом, 26 - содержание N03- в почве перед посевом, 27 - содержание подвижной формы К в почве перед посевом, мг/кг К2О, 28 - содержание подвижной формы Р в почве перед посевом, мг/кг Р2О5, 29 - содержание органического С в почве,%, 30 - разница по времени посева между регионами, дн., 31 - продолжительность вегетации до фазы прорастания, дн., 32 - продолжительность вегетации до фазы кущения, дн., 33 - продолжительность вегетации до фазы колошения, дн., 34 - продолжительность вегетации до фазы созревания, дн., 35 - продолжительность вегетации до уборки, дн., 36 - сумма осадков в мае, мм, 37 - сумма осадков в июне, мм, 38 - сумма осадков в июле, мм.
рис. 7. Корреляционная матрица с кластерным анализом агроэкологических факторов и параметров формирования урожая и качества твердой пшеницы (условные обозначения такие же как на рис. 6).
Корреляционная матрица уровня значимости показывает доминирующую роль осадков для прогнозирования урожайности сортов твердой пшеницы, что может быть особенно характерно для чрезвычайно сухого вегетационного периода 2018 г. В то же время качество имеет дополнительный набор предикторов (рис. 8), включая сроки посева и региональные особенности черноземов (содержание доступных форм азота, калия, серы и реакция почвенной среды).
Анализ качества твердой пшеницы на региональных участках мониторинга показал (табл. 2) высокую межрегиональную разницу (около 4 %) содержания клейковины в зерне. В условиях крайне засушливого вегетационного сезона 2018 г. отмечена сильная разница по величине этого показателя между разными сортами (до 17 %) и вариантами агротехнологии (до 7 %), которая сильнее всего проявлялась в условиях Самарской и Оренбургской областей. При этом если в Самарской области интенсификация агротехнологии
рис. 8. Корреляционная матрица для основных агроэкологических факторов, параметров формирования урожая и качества твердой пшеницы (р < 0,01, условные обозначения такие же как на рис. 6).
положительно сказалась на содержании и качестве клейковины, то в Оренбургской области она способствовала сильному понижению количества клейковины, что было обусловлено резким дефицитом доступной растениям почвенной влаги.
Различия в качестве клейковины не столь очевидны, но очень важны, поскольку существуют жесткие технологические ограничения на его допустимые значения. По качеству клейковины и индексу цвета «Ь» (Минолта) лучшим стал сорт Золотая, хотя в двух регионах из трех он отличался пониженными значениями урожайности и даже содержания клейковины. Индекс цвета «Ь» (Минолта), характеризующий востребованный на рынке желтовато-золотистый цвет зерна и в определенной мере коррелирующий с его технологическим качеством [14], оказался основным лимитирующим показателем при интегральной оценке качества исследуемых сортов.
выводы. За последнее десятилетие суммарное количество осадков за вегетационный период в лесостепных районах Поволжья увеличилось, по сравнению с прошлым веком, в среднем на 55 мм.
Таблица 2. дифференциация показателей качества зерна твердой пшеницы по сортам, регионам и уровню агротехнологии в условиях засушливого 2018 г.
Сорта Содержание клейковины, % Качество клейковины* Индекс цвета «Ь» (Минолта)*
без удобрений с удобрениям^ без удобрений | с удобрениями без удобрений с удобрениями
Саратовская область
Аннушка 35,2 34,2 6,0 5,9 19,3 19,0
Гордея 27,3 27,3 6,5 6,4 20,4 20,2
Золотая 25,7 26,7 7,1 7,1 22,6 22,5
Луч-25 37,7 33,6 5,7 5,5 20,8 21,4
Среднее 31,5 30,5 6,3 6,2 20,8 20,8
Самарская область
Аннушка 28,2 39,4 5,4 5,7 18,6 18,8
Гордея 22,4 30,0 6,2 6,2 19,9 20,3
Золотая 21,9 21,6 6,5 6,5 22,9 22,3
Луч-25 31,0 39,4 4,5 5,1 22,7 -
Среднее 25,9 32,6 5,7 5,9 21,0 20,5
Оренбургская область
Аннушка 46,2 38,0 5,2 5,7 19,5 20,0
Гордея 34,3 27,0 6,4 6,2 20,6 20,4
Золотая 29,3 22,9 6,1 6,7 22,6 22,3
Луч-25 46,3 40,3 4,5 4,5 19,6 21,0
Среднее 39,0 32,1 5,6 5,8 20,6 20,9
*по международным стандартам компании Барилла, качество клейковины должно быть не ниже 5, индекс цвета «Ь» (Минолта) - не менее 22.
Особенно выросли максимальные величины этого показателя для Самарской области - до 17 %. В условиях Южного Предуралья отмечена тенденция к снижению общего количества осадков в период вегетации (на 13 мм), наибольшим образом это проявляется в летний период активного роста и налива зерна твердой пшеницы.
Существенные различия между регионами в сезонном распределении осадков в течение вегетационного периода твердой пшеницы, относительно средне-многолетних значений (до 28 % нормы на участке в Оренбургской области), отразились в достоверной
региональной дифференциации урожайности исследованных сортов.
В условиях засушливого вегетационного сезона 2018 г. отмечена сильная разница в содержании клейковины в зерне между разными сортами (до 17 %) и вариантами агротехнологии (до 7 %), которая максимально проявлялась в условиях Самарской и Оренбургской областей.
Внесение минеральных удобрений в условиях засушливого года не оказало значимого влияния на урожайность твердой пшеницы, но значительно снизило уровень сортовой и региональной дифференциации ее качества.
Литература.
1. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Working Group 1 Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / T. F. Stocker, D. Qin, G. Plattner et al. UK and USA: Cambridge University Press, 2013. 869 p.
2. Rapid decadal convective precipitation increase over Eurasia during the last three decades of the 20th century / H. Ye, E. J. Fetzer, S. Wong, et al. // Science Advances. 2017. Vol. 3. No. 1. P. 1-8.
3. Vasenev I. I., Vasenev V. I., Valentini R. Agroecological issues of soil carbon pools and GHG fluxes analysis in frame of regional ecological monitoring system RusFluxNet //Агроэкология. 2014. № 1. С. 8-12.
4. The expansion of wheat thermal suitability of Russia in response to climate change / A. Di Paola, L. Caporaso, F. Di Paola, et al. // Land Use Policy. 2018. Vol. 78. Pp. 70-77.
5. EURO-CORDEX: new high-resolution climate change projections for European impact research / D. Jacob, J. Petersen, B. Eggert, et al. // Reg Environ Change. 2014. № 14. Р. 563.
6. The colours of durum wheat: a review/ D. B. M. Ficco, A. M. Mastrangelo, D. Trono, et al. // Crop and Pasture Science. 2014. № 65. P. 1-15.
7. Mini Review: Durum Wheat Quality: A Multidisciplinary Concept /A. Troccoli, G. M. Borrelli, P. De Vita, et al. // Journal of Cereal Science. 2000. Vol. 32. Is. 2. P. 99-113.
8. Fusarium-Damaged Kernels and Deoxynivalenol in Fusarium-Infected U.S. Winter Wheat/F. Jin, G.-H. Bai, D.-D. Zhang, et al. // Phytopathology. 2014. Vol. 104. P. 472-478.
9. Changes in Baking Quality of Winter Wheat with Different Intensity of Fusarium spp. Contamination Detected by Means of New Rheological System Mixolab / L. Papouskova, I. Capouchova, M. Kostelanska, et al. // Czech Journal of Food Sciences. 2011. Vol. 29. No 4. P. 420-429.
10. Мальчиков П. Н., Вьюшков А. А., Мясникова М. М. Формирование моделей сортов твердой пшеницы для Средне-волжского региона России. Самара: СамНЦ РАН, 2012. 112 с.
11. Quantifying yield gaps in wheat production in Russia / F. Schierhorn, M. Farmarzi, A. Prishchepov, et al. // Environmental Research Letters. 2014. Vol. 9. No 8. P. 1-12.
12. Перспективная ресурсосберегающая технология производства яровой пшеницы: Методические рекомендации. М.: Росинформагротех, 2008. 60 с.
13. Гогмачадзе Г. Д. Агроэкологический мониторинг почв и земельных ресурсов Российской Федерации. М.: Московский университет, 2010. 592 с.
14. A comparison of methods for assessing dough and gluten strength of durum wheat and their relationship to pasta cooking quality / W. A. AbuHammad, E. M. Elias, F. A. Manthey, et al. // International Journal of Food Science & Technology. 2012. Vol. 47. No 12. P. 2561-2573.
References
1. Stocker TF, Qin D, Plattner G, et al. IPCC: climate change 2013: the physical science basis, working group 1 contribution to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. UK and USA: Cambridge University Press; 2013. 869 p.
2. Ye H, Fetzer EJ, Wong S, et al. Rapid decadal convective precipitation increase over Eurasia during the last three decades of the 20th century. Science Advances. 2017;3(1):1-8.
3. Vasenev II, Vasenev VI, Valentini R. Agroecological issues of soil carbon pools and GHG fluxes analysis in frame of regional ecological monitoring system RusFluxNet. Agroekologiya. 2014;(1):8-12.
4. Di Paola A, Caporaso L, Di Paola F, et al. The expansion of wheat thermal suitability of Russia in response to climate change. Land Use Policy. 2018;78:70-7.
5. Jacob D, Petersen J, Eggert B, et al. EURO-CORDEX: new high-resolution climate change projections for European impact research. Reg Environ Change. 2014;(14):563.
6. Ficco DBM, Mastrangelo AM, Trono D, et al. The colours of durum wheat: a review. Crop and Pasture Science. 2014;(65):1-15.
7. Troccoli A, Borrelli GM, De Vita P, et al. Mini review: durum wheat quality: a multidisciplinary concept. Journal of Cereal Science. 2000;32(2):99-113.
8. Jin F, Bai GH, Zhang DD, et al. Fusarium-damaged kernels and deoxynivalenol in fusarium-infected U.S. winter wheat. Phytopathology. 2014:104:472-8.
9. Papouskova L, Capouchova I, Kostelanska M, et al. Changes in baking quality of winter wheat with different intensity of Fusarium spp. contamination detected by means of new rheological system Mixolab. Czech Journal of Food Sciences. 2011;29(4):420-9.
10. Mal'chikov PN, V'yushkov AA, Myasnikova MM. Formirovanie modelei sortov tverdoi pshenitsy dlya Srednevolzhskogo regiona Rossii [Formation of models of durum wheat varieties for the Middle Volga region of Russia]. Samara (Russia): SamNTs RAN; 2012. 112 p. Russian.
11. Schierhorn F, Farmarzi M, Prishchepov A, et al. Quantifying yield gaps in wheat production in Russia. Environmental Research Letters. 2014;9(8):1-12.
12. Perspektivnaya resursosberegayushchaya tekhnologiya proizvodstva yarovoi pshenitsy: Metodicheskie rekomendatsii [Promising resource-saving technology for the production of spring wheat: guidelines]. Moscow: Rosinformagrotekh; 2008. 60 p. Russian.
13. Gogmachadze GD. Agroekologicheskii monitoring pochv i zemel'nykh resursov Rossiiskoi Federatsii [Agroecological monitoring of soils and land resources of the Russian Federation]. Moscow: Moskovskii universitet; 2010. 592 p. Russian.
14. AbuHammad WA, Elias EM, Manthey FA, et al. A comparison of methods for assessing dough and gluten strength of durum wheat and their relationship to pasta cooking quality. International Journal of Food Science & Technology. 2012;47(12):2561-73.
