CC BY
1УДК 633.49: 635-153: 635.073 Статья поступила 17.08.2023 г
4.1.2. Селекция, семеноводство и биотехнология растений (не входит в перечень ВАК) РО! 10.35524/2227-0280_2023_04_68
ЭФФЕКТ ПОСАДОЧНОГО КЛУБНЯ И СООТНОШЕНИЕ СЕМЕННЫХ И ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ КЛУБНЕЙ В СЕМЕНОВОДСТВЕ КАРТОФЕЛЯ
Д.Ю. Нохрин,
кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, ЮУНИИСК - филиал ФГБНУ УРФАНИЦ УрО РАН, г Челябинск
В. П. Дергилев,
кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, ЮУНИИСК - филиал ФГБНУ УРФАНИЦ УрО РАН, г Челябинск
Ключевые слова: посадочный клубень, семеноводство, урожай, продуктивность, количество клубней, средняя масса клубня, оптимизированный сплайн, линейная регрессия, анализ главных компонент
Key words: planting tuber, seed production, yield, productivity, number of tubers, average tuber weight, optimized smoothing spline, linear regression, principal component analysis
Подавляющее количество научной литературы по оптимизации картофелеводства ориентировано на товарное производство, где основными критериями выбора сорта являются высокий урожай в неконтролируемых средовых условиях и хорошая сохранность клубней в зимний период. Однако наиболее дорогостоящим ресурсом в картофелеводстве являются посадочные клубни, затраты на которые составляют около 40% всех производственных трат [10, 11]. Поэтому получение качественного семенного материала в необходимых объёмах представляет собой самостоятельную задачу, требующую решения в условиях постоянного появления новых сортов, совершенствования технологий семеноводства и курса на импортозамещение в сортименте. Одной из важных характеристик, как для товарного, так и для семенного картофелеводства, является размер посадочного клубня. Но если для первого хорошо известна экономическая выгода от использования средней размерно-весовой фракции [3, 8], то для семеноводства ситуация не столь однозначна. Это связано с тем, что получать семенной материал можно от клубней разного размера, но с использованием различных технологий [6], а в рамках дифференциации последних тема влияния массы посадочного клубня на продуктивность и соотношение раз-
мерно-весовых фракций является слабоизу-ченной и требует дополнительных исследований.
Цель исследования: оценить влияние массы посадочного клубня картофеля на продуктивность и определить соотношение между размерно-весовыми характеристиками выращенных клубней, которые могут быть полезны в семеноводстве.
Материал и методы исследования. Исследования проведены в 2021 г. в ЮжноУральском НИИ садоводства и картофелеводства - филиале ФГБНУ УрФАНИЦ УрО РАН в рамках государственного задания № 05322021-0001 «Создание и усовершенствование адаптивных технологий возделывания экономически значимых сельскохозяйственных культур на основе оптимизации биотических и абиотических факторов». Материалом для исследования послужили клубни 11 сортов, выращенных в 2021 г. в питомниках 1-2 полевых поколений, распределённых согласно действующим стандартам на семенной картофель [2]. Питомники размещались в полевом севообороте отдела картофелеводства ЮУНИИСК на площади 2,3 га. Предшественник - чёрный пар; содержание питательных веществ в пахотном слое перед посадкой -М16Р85К194, рН - 5,14, влагообеспеченность -75-80 мм в метровом слое. Посадка проводи-
лась в первой декаде июня, уборка - в первой декаде сентября. В ходе уборки фиксировали основные характеристики урожая, в том числе с разделением данных по семенному и продовольственному картофелю. В ходе статистического анализа полученных данных использовали методы описательной статистики, анализа распределений, поиска зависимостей и редукцию данных с обобщением. Для всех агробиологических показателей рассчитывали средние значения. Зависимость средней массы клубня и продуктивности от массы посадочного клубня моделировали с использованием оптимизированного сплайна
и линейной регрессии в пакете PAST (v. 4.12 [9]); в нём же проводили анализ главных компонент. Построение двумерной плотности распределения проводили в пакете KyPlot (v. 6.02 [12]).
Результаты исследований и обсуждение.
Результаты исследования представлены в таблице 1. В ней усреднённая масса посадочных клубней приведена во второй колонке, а во всех последующих - характеристики растений, выращенных из этих клубней. Большие различия в массе посадочного клубня обусловлены различными технологиями их получения.
Таблица 1
Агробиологические характеристики сортообразцов картофеля, выращенных в питомнике
Сорт Средняя масса посад. клубня, г Урожай, т/га Продуктивность, г/куст Кол-во клуб-ней, шт./куст Семена Продовольственный Средняя масса клубня, г
кол-во, шт. масса, кг кол-во, шт. масса, кг
Розара 3,5 16,5 425 49 25 1,25 24 6,25 86,7
Кузовок 4,6 10,0 289 57 46 1,65 11 3,80 50,7
Губернатор 7,3 10,0 274 51 39 1,25 12 3,44 53,7
Ред Скарлетт 6,2 13,4 338 37 19 1,12 18 3,44 91,3
Тарасов 10,3 20,9 526 60 24 1,26 36 7,92 87,7
Ирбитский 12,0 8,0 87 18 18 0,87 0,0 0,87 48,3
Спиридон 13,3 16,0 443 42 15 0,93 27 7,32 105,5
Романо 21,2 11,5 328 63 53 1,61 10 3,84 52,1
Жуковский ранний 43,9 19,2 521 45 17 1,13 28 7,64 115,7
Кавалер 65,0 10,0 292 36 20 0,97 16 4,41 81,1
Захар 70,0 23,1 569 76 39 1,75 37 6,73 74,9
Поскольку в цель исследования входил поиск зависимости продуктивности от массы посадочного клубня, он и был проведён на первом этапе. Как видно из рисунка 1, сглаживание зависимости оптимизированным сплайном не позволило обнаружить её нелинейного характера, а линейная зависимость не была статистически значимой: для продуктивности р=0,29, для средней массы клубня р=0,52.
Низкие значения коэффициентов детерминации (Я2=0,047 и Я2=0,123, соответственно) также указывали на малую долю совместной изменчивости (дисперсии) для показателя средней массы посадочного клубня, с одной стороны, и результирующими показателями, - с другой. Как видно из графиков их совместной двумерной плотности распределения, сорта не образовали единого облака (эллипса или круга), что указало бы на общую - пусть
и слабую -зависимость, а распались на несколько облаков - кластеров. Это говорит, во-первых, о некорректности поиска зависимостей во всём массиве данных, поскольку в каждом из кластеров она может быть своей. Во-вторых, наблюдаемая ситуация указывает на превосходство сортовых особенностей над искомой зависимостью от массы посадочного клубня.
Первую группу сортов образовали образцы с малой посадочной и малой итоговой средней массой клубней: Губернатор, Кузовок, Романо и Ирбитский. Вторую группу составили сорта с малой посадочной и средней или высокой итоговой массой клубней: Розара, Ред Скарлетт, Тарасов и Спиридон. Отдельные пики плотности распределения сформировали сорта с относительно высокой массой посадочного клубня: Жуковский ранний, Захар и Кавалер. Нужно отметить, что вошедшие в
40 50 60 70 0 10 20 30 Средняя масса посадочного клубня, г
Рис. 1. Зависимость средней массы клубня и продуктивности от средней массы посадочного клубня. Слева - диаграмма рассеяния с оптимизированным сплайном (пунктир), справа - двумерная плотность распределения
выделенные кластеры сорта являются представителями разных групп по срокам созревания, устойчивости к патогенам и другим характеристикам. Поэтому теоретически объединять их в пределах группы может только совпадение критических фаз онтогенеза с особенностями увлажнения. При этом важен сам факт дискретизации изменчивости, что поднимает вопрос об устойчивости наблюдаемой кластерной структуры и её наполненности именно данными сортами, а потому требует продолжения изучения. Однако уже сейчас из представленных данных следует прак-
тический вывод о том, что приблизительно одинаковая продуктивность может быть достигнута как использованием сортов с массой посадочного клубня 40 г и более, так и использованием высокопродуктивных сортов с вдвое меньшей массой посадочного клубня.
Для выявления наиболее общих закономерностей в связях между массой посадочного клубня и характеристиками полученных из них растений с учётом фракций клубней был использован анализ главных компонент. Его результаты представлены в таблице 2 и на рисунке 2.
Таблица 2 Нагрузки агробиологических
характеристик на главные компоненты
Агробиологические показатели Главные компоненты
1 2 3
средняя масса посадочного клубня 0,392 0,157 0,906
урожайность 0,953 0,139 -0,111
продуктивность 0,964 0,249 -0,073
семенной картофель, количество -0,312 0,931 -0,063
семенной картофель, масса 0,100 0,979 -0,052
продовольственный, количество 0,957 0,051 -0,132
продовольственный, масса 0,973 0,119 -0,046
средняя масса клубня 0,819 -0,495 -0,027
доля объяснённой дисперсии,% 57,9 27,4 10,8
Примечание: выделены нагрузки более 0,3.
Первые 3 главные компоненты (ГК) полностью объясняли имеющуюся в данных изменчивость показателей - 96,1% общей дисперсии. Видно, что почти все они с положительными нагрузками вложились в ГК 1, которая может рассматриваться в качестве интегрального показателя продуктивности. Данная ГК
демонстрирует хорошо известные закономерности: связь между продуктивностью и урожайностью, а также их обусловленность преимущественно крупным продовольственным картофелем. Из представленных данных видно, что масса посадочного клубня также вошла в ГК 1, однако с малой нагрузкой: учитывая тот факт, что нагрузки представляют собой корреляцию Пирсона между показателем и ГК, значение 0,392 следует рассматривать как слабую по силе связь, в пределах 0,3-0,5. Вторая ГК отражала тривиальную закономерность, что семенные клубни имели в среднем меньшую массу, а третья ГК не обладала обобщающими свойствами и была практически целиком обусловлена не связанной с другими показателями массой посадочного клубня. Таким образом, проведённый анализ позволил хорошо обобщить имеющие данные, но не позволил обнаружить сильного влияния массы посадочного клубня на характеристики урожая.
Вместе с тем сдвоенный график - биплот -на рисунке 2 очень удобен для выявления сортовых особенностей. Видно, что максимальные значения факторных меток по ГК 1 имели сорта Захар, Тарасов, Жуковский ранний и Спиридон, которые, следовательно, демонстрировали наибольшую урожайность и продуктивность. При этом особенностью двух последних была высокая средняя масса клубня
2,0-
к
<М 03
н
к «
я о с
о
И
И я
Св
п и
1,0
0,0-
-1,0
-2,0
* Романо ^ Семена, кг Семена, шт.. • Захар
Кузовок
л лл \ и « _продуктивность • „ Массацтсад. клубня^ 17 ~ Губернатор \Г ^ Урожаи 3 у и Продовол., шт.
продовол., Тарасов
Розара \\ Жуковский ранний
• • Кавалер Ред Скарлетт Масса клубня
• Ирбитский • Спиридон
-4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0
Главная компонента 1 (57,9%)
Рис. 2. Сорта картофеля и агробиологические показатели в пространстве двух первых главных компонент
2,0
3,0
в урожае, что видно по направлению вектора «масса клубня» и подтверждается данными таблицы 2. Наименьшую продуктивность и массу клубня продемонстрировал сорт Ир-битский. Особенностью сортов Кузовок и Ро-мано была высокая доля семенного картофеля в урожае, соответственно, 43,4% и 41,9% - по массе и 80,7% и 84,1% - по количеству, тогда как для других сортов эти значения составили в среднем 31,1% и 55,3%.
В обсуждении полученных результатов хотелось бы отметить несколько моментов. Во-первых, в группе сортов с малой массой посадочного клубня (см. табл. 1) имелись такие, которые дали столь же высокий урожай, как сорта с высокой. Так, сорт Тарасов был вторым по урожайности после лидирующего Захара (соответственно, 20,9 и 23,1 т/га), хотя имел в 6,8 раз меньшую массу посадочного клубня. А сорт Спиридон, уступив лидирующему по размерам клубня в урожае Жуковскому раннему только 9% (105,5 и 115,7 г, соответственно), имел в 3,3 раза меньший по массе посадочный клубень. Это уже отмечалось в первой части статьи (рис. 1) и в очередной раз указывает на широкие возможности манипуляций с сортиментом картофеля для выработки наиболее экономически эффективных стратегий производства продовольственного и семенного картофеля.
Во-вторых, следует отметить большое разнообразие даже среди представленных сортов в соотношении между урожайностью и продуктивностью, с одной стороны, и долями семенного и продовольственного картофеля в урожае, - с другой (см. рис. 2). Эта информация должна учитываться при производстве именно семенного материала, а ситуация требует дальнейшего исследования в плане подбора необходимых для целей семеноводства условий (сроки, геометрия посадки и др.).
В-третьих, необходимо поднять вопрос о возможности экстраполяции выводов, полученных при производстве товарного картофеля, на семеноводство. Высокая урожайность и адаптивность сортов Спиридон и Тарасов хорошо известна [4, 5], поэтому полученные по ним данные вполне логичны. Третий лидер в нашем исследовании - сорт Жуковский ранний - не показывал ранее высоких результатов при выращивании на Южном Урале и обычно используется в сравнительных исследованиях в качестве районированного стандарта, а информация о его адаптивности противоречива [1, 7]. Совсем необычной оказалась ситуация с сортом Ирбитский, который
в данном исследовании дал минимальный урожай и не сформировал продовольственных клубней. Дело в том, что в другом нашем исследовании этот сорт по интегральному показателю продуктивности (главная компонента с высокими нагрузками урожайности, продуктивности и товарности) по пятилетним (2017-2021 гг.) данным занял лидирующее положение в рейтинге 26 сортов преимущественно уральской селекции (этому будет посвящена отдельная публикация). Следует особо отметить, что эти опыты проводились на тех же полях ЮУНИИСК, т.е. в таких же агроклиматических условиях, а в 2021 г. его урожайность составила 27,6 т/га, что в 3,5 раза больше, чем в данном исследовании. Единственным объяснением столь сильных различий является уязвимость мелких семенных клубней к неблагоприятным температурно-влаж-ностным характеристикам в критические для растений фазы. Это подчёркивает специфику работы в семеноводческом секторе и указывает на необходимость продолжения исследований.
Выводы.
1) При одновременном анализе ряда сортов картофеля средняя масса клубней слабо зависит от массы посадочного клубня, тогда как сорта образуют кластеры высокопродуктивных и низкопродуктивных сортов.
2) Анализ главных компонент агробиологических характеристик урожая позволяет выявить обобщающие латентные переменные, связанные с общей продуктивностью и с долей семенного и продовольственного картофеля в урожае.
3) Закономерности, установленные из опытов по выращиванию продовольственного картофеля, не могут быть в полной мере экстраполированы на область семеноводства и требуют отдельного исследования.
Библиографический список
1. Адаптивность сортов картофеля - важный фактор урожайности / А. А. Молявко, С. В. Жевора, А. В. Марухленко [и др.]. - Текст : непосредственный // Вестник Брянской ГСХА.
- 2022. - Т. 89. - № 1. - С. 17-23.
2. Анисимов, Б. В. Российские стандарты на семенной картофель и их гармонизация с международными аналогами / Б. В. Анисимов
- Текст : непосредственный // Картофелеводство : история развития и результаты научных исследований по культуре картофеля. Сборник научных трудов. - Москва : ФГБНУ ВНИИКХ, 2015. - С. 114-120.
3. Васильев, А. А. Картофель : монография / А. А. Васильев. - Челябинск : Челябинский ГУ, 2021. - 219 с. - Текст : непосредственный.
4. Васильев, А. А. Проблемы получения планируемых урожаев картофеля на Южном Урале / А. А. Васильев, А. К. Горбунов. - Текст : непосредственный // Российская сельскохозяйственная наука. - 2018. -№ 5. - С. 17-21.
5. Васильев, А. А. Резервы повышения урожайности картофеля за счет адаптивности сортов / А. А. Васильев. - Текст : непосредственный // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии имени
B. Р. Филиппова. - 2014. - Т. 37. - № 4. -
C. 86-89.
6. Дергилев, В. П. Производство семенного материала картофеля из миниклубней в полевых условиях / В. П. Дергилев. - Текст : непосредственный // Актуальные вопросы садоводства и картофелеводства. Сборник трудов научно-практической конференции. - Челябинск, 2022. - С. 98-104. - DOI 10.5281/ze-nodo.7188543.
7. Попова, Л. А. Оценка продуктивности и адаптивности сортов картофеля различных групп спелости в условиях Архангельской области / Л. А. Попова, Л. Н. Головина, А. А. Ша-манин, В. М. Маслова. - Текст : непосредственный // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2017. - T. 58. - № 3. - С. 26-31.
8. Effect of haulm cutting, size of seed tubers/ seed pieces and intra-row spacings on tuber yield and economics of potato production / S. P. Singh, M. Sadawarti, S. Katare [et al.]. - Text : unmediated // International Journal of Bio-resource and Stress Management. - 2022. - Vol. 13. - No 7. - Рр. 780-787. - DOI 10.23910/ 1.2022.2715.
9. Hammer, 0. PAST : Paleontological statistics software package for education and data analysis / 0. Hammer, D. А. Т. Harper, P. D. Ryan. - Text : unmediated // Palaeontologia Electronica. - 2001. - № 1. - Pр. 1-9.
10. Standardization of plant density and intra-row spacing to maximize seed size tubers in two potato cultivars (Solanum tuberosum) grown in northern hills / R. K. Singh, A. K. Sharma, T. Buckseth, J. K. Tiwari, S. K. Chakrabarti. - Text : unmediated // Indian Journal of Agricultural Sciences. - 2019. - Vol. 89. - No 2. - Pр. 288292. - D0I:10.56093/ijas.v89i2.87020.
11. Wasilewska-Nascimento, B. Challenges in the production of high-quality seed potatoes (Solanum tuberosum L.) in the tropics and subtropics / B. Wasilewska-Nascimento, D. Boguszewska-Mankowska, K. Zarzynska. - Text : unmediated
// Agronomy. - 2020. - Vol. 260. - No 10. - Pp. 1-15. - D0I10.3390/agronomy10020260.
12. Yoshioka, K. KyPlot - a user-oriented tool for statistical data analysis and visualization / K. Yoshioka. - Text : unmediated // Computational Statistics. - 2002. - Vol. 17. - No 3. - Pp. 425437. DOI 10.1007/s001800200117.
References
1. Adaptivnost' sortov kartofelya - vazhnyj faktor urozhajnosti / A. A. Molyavko, S. V. ZHevora, A. V. Maruhlenko, N. P. Borisova, V. E. Torikov.
- Tekst : neposredstvennyj // Vestnik Bryanskoj GSKHA. - 2022. - T. 89. - № 1. - S. 17-23.
2. Anisimov, B. V. Rossijskie standarty na se-mennoj kartofel' i ih garmonizaciya s mezhduna-rodnymi analogami / B. V. Anisimov - Tekst : neposredstvennyj // Kartofelevodstvo : istoriya razvitiya i rezul'taty nauchnyh issledovanij po kul'ture kartofelya. Sbornik nauchnyh trudov. -Moskva : FGBNU VNIIKKH, 2015. - S. 114-120.
3. Vasil'ev, A. A. Kartofel' : monografiya / A. A. Vasil'ev. - Chelyabinsk : Chelyabinskij GU, 2021.
- 219 s. - Tekst : neposredstvennyj.
4. Vasil'ev, A. A. Problemy polucheniya plani-ruemyh urozhaev kartofelya na Yuzhnom Urale / A. A. Vasil'ev, A. K. Gorbunov. - Tekst : neposredstvennyj // Rossijskaya sel'skohozyajst-vennaya nauka. - 2018. -№ 5. - S. 17-21.
5. Vasil'ev, A. A. Rezervy povysheniya urozhajnosti kartofelya za schet adaptivnosti sortov / A. A. Vasil'ev. - Tekst : neposredstvennyj // Vestnik Buryatskoj gosudarstvennoj sel'skohozyaj-stvennoj akademii imeni V. R. Filippova. - 2014.
- T. 37. - № 4. - S. 86-89.
6. Dergilev, V. P. Proizvodstvo semennogo ma-teriala kartofelya iz miniklubnej v polevyh uslo-viyah / V. P. Dergilev. - Tekst : neposredstvennyj // Aktual'nye voprosy sadovodstva i kartofele-vodstva. Sbornik trudov nauchno-prakticheskoj konferencii. - Chelyabinsk, 2022. - S. 98-104.
- DOI 10.5281/zenodo.7188543.
7. Popova, L. A. Ocenka produktivnosti i adaptivnosti sortov kartofelya razlichnyh grupp spelosti v usloviyah Arhangel'skoj oblasti / L. A. Popova, L. N. Golovina, A. A. Shamanin, V. M. Maslova. - Tekst : neposredstvennyj // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. - 2017. - T. 58. -№ 3. - S. 26-31.
8. Effect of haulm cutting, size of seed tubers/ seed pieces and intra-row spacings on tuber yield and economics of potato production / S. P. Singh, M. Sadawarti, S. Katare [et al.]. - Text : unmediated // International Journal of Bio-resource and Stress Management. - 2022. - Vol. 13. -No 7. - Pp. 780-787. - DOI 10.23910/1.2022.2715.
9. Hammer, 0. PAST : Paleontological statistics software package for education and data analysis / 0. Hammer, D. A. T. Harper, P. D. Ryan. - Text : unmediated // Palaeontologia Electronica. - 2001. - № 1. - Pp. 1-9.
10. Standardization of plant density and intra-row spacing to maximize seed size tubers in two potato cultivars (Solanum tuberosum) grown in northern hills / R. K. Singh, A. K. Sharma, T. Buckseth, J. K. Tiwari, S. K. Chakrabarti. - Text : unmediated // Indian Journal of Agricultural Sciences. - 2019. - Vol. 89. - No 2. - Pp. 288292. - D0I:10.56093/ijas.v89i2.87020.
11. Wasilewska-Nascimento, B. Challenges in the production of high-quality seed potatoes (Solanum tuberosum L.) in the tropics and subtropics / B. Wasilewska-Nascimento, D. Boguszewska-Mankowska, K. Zarzynska. - Text : unmediated // Agronomy. - 2020. - Vol. 260. - No 10. - Pp. 1-15. - DOI 10.3390/agronomy10020260.
12. Yoshioka, K. KyPlot - a user-oriented tool for statistical data analysis and visualization / K. Yoshioka. - Text : unmediated // Computational Statistics. - 2002. - Vol. 17. - No 3. - Pp. 425437. DOI 10.1007/s001800200117.
Контактная информация: Нохрин Денис Юрьевич
ведущий научный сотрудник, ЮУНИИСК - филиал ФГБНУ УРФАНИЦ УрО РАН
454902, г. Челябинск, ул. Гидрострой, 16. E-mail: nokhrin8@mail.ru
Дергилев Василий Петрович
ведущий научный сотрудник, ЮУНИИСК - филиал ФГБНУ УРФАНИЦ УрО РАН
454902, г. Челябинск, ул. Гидрострой, 16. E-mail: dergilevvp@gmail.com
Contact Information: Nokhrin Denis Yurievich
Leading Researcher of South Ural Research Institute of Horticulture and Potato Growing - the branch of the Federal State Budget Scientific Institution "Ural Federal Agrarian Research Center" of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences 454902, Chelyabinsk, st. Gidrostroy, 16. E-mail: nokhrin8@mail.ru
Dergilev Vasily Petrovich
Leading Researcher of South Ural Research Institute of Horticulture and Potato Growing - the branch of the Federal State Budget Scientific Institution "Ural Federal Agrarian Research Center" of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences 454902, Chelyabinsk, st. Gidrostroy, 16. E-mail: dergilevvp@gmail.com
