CC BY
17
СОРТА И СЕМЕНА
УДК 633.11 »324»:631.526:581.13
Фотосинтетическая продуктивность посевов озимой пшеницы в условиях Северного Кавказа
A.A. ЕРОШЕНКО, И.Г. ЧЕРЕДНИЧЕНКО Ф.В. ЕРОШЕНКО, доктор биологических наук
Ставропольский НИИ сельского хозяйства
E-mail: [email protected]
Показано, что почвенно-климатичес-кие условия оказывают влияние на размер и продолжительность функционирования ассимиляционного аппарата, а фотосинтетическая продуктивность определяет конечную урожайность озимой пшеницы.
Ключевые слова: озимая пшеница, почвенно-климатическая зона, фотосинтетическая продуктивность, урожай.
В последние годы на территории Ставропольского края наблюдаются явно выраженные климатические изменения. Так, за 2000-2005 гг. среднегодовая температура воздуха увеличилась на 11,2 %, а влагообеспе-ченность - на 15,9 % [1].
Мы изучали фотосинтетическую продуктивность озимой пшеницы в 2007-2009 гг., в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края, на опытном поле Ставропольского НИ-ИСХ (г. Михайловск, среднегодовая температура воздуха - 9,2 °С; среднегодовое количество осадков - 553 мм), и в центральной зоне Краснодарского края на полях фермерского хозяйства «Сердюков» (станица Тбилисская, среднегодовая темпера-« тура воздуха - 11,8 °С; среднегодо-о вое количество осадков - 709 мм). N Объектом исследований были сорта % Дея, Краснодарская 99 (селекция Краснодарского НИИСХ им. П.П. Лу-s кьянеко), а также Дон 95, Донская ф юбилейная (селекция Зерноградско-ф го ВНИИЗКим. И.Г. Калиненко). Ц Важный фактор, определяющий $ продуктивность фотосинтеза расте-
40
ний, - площадь ассимиляционной поверхности. Отмечается положительная зависимость между этим показателем и урожайностью сельскохозяйственных культур [2, 3, 4]. Почвенно-климатические условия центральной зоны Краснодарского края позволяют озимой пшенице формировать общую площадь ассимиляционной поверхности в среднем на 21,8 % больше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края. Наиболее отзывчивыми на улучшение условий выращивания по этому показателю в наших опытах были сорта Дея и Краснодарская 99. Фото-
синтезирующие органы растений различаются по содержанию хлорофилла [5, 6, 7]. В наших опытах максимальное количество зеленых пигментов в листьях накапливалось в фазе выхода в трубку (табл. 1).
Наибольшая концентрация хлорофилла в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края отмечалась у сорта Краснодарская 99, а в центральной зоне Краснодарского края - у сорта Донская юбилейная. У сортов Дея и Краснодарская 99 хлорофилл сохраняется в листьях более продолжительное время, чем у сортов Дон 95 и Донская юбилейная, вне зависимости от зоны возделывания.
Максимум концентрации зеленых пигментов в стеблях наблюдается в фазе колошения. Наибольшая величина этого показателя в центральной зоне Краснодарского края отмечена у растений сорта Донская юбилейная, а в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края - у сортов Донская юбилейная и Дон 95. В период
I. Относительное содержание хлорофилла в органах различных сортов озимой пшеницы в зависимости от зоны возделывания, мг/г сухого вещества (в среднем за 2007-2009 гг.)
Сорт Орган Фаза развития растений
растения кущение выход в трубку колошение налив зерна
Центральная зона Краснодарского края
Дея Листья 2,56+0,1 4,33+0,17 4,25+0,17 1,57+0,06
Стебли 0,36+0,01 0,68+0,03 0,34+0,01
Колосья 0,46+0,02 0,10+0,01
Краснодарская 99 Листья 2,91+0,12 4,45+0,18 4,41+0,18 1,34+0,05
Стебли 0,43+0,02 0,69+0,03 0,34+0,01
Колосья 0,62+0,02 0,09+0,01
Дон 95 Листья 3,27+0,13 3,96+0,16 3,20+0,13 1,33+0,05
Стебли 0,33+0,01 0,63+0,03 0,32+0,01
Колосья 0,37+0,01 0,06+0,01
Донская Листья 3,05+0,12 4,53+0,18 3,60+0,14 1,26+0,05
юбилейная Стебли Колосья 0,44+0,02 0,72+0,03 0,74+0,03 0,49+0,02 0,05+0,01
Зона неустойчивого увлажнения Ставропольского края
Дея Листья 2,97+0,12 3,94+0,16 3,76+0,15 2,68+0,11
Стебли 0,44+0,02 0,58+0,02 0,39+0,02
Колосья 0,48+0,02 0,13+0,01
Краснодарская2 99 Листья 3,04+0,12 4,21+0,17 3,6+0,14 2,61+0,10
Стебли 0,49+0,02 0,60+0,02 0,47+0,02
Дон2 95 Колосья 0,50+0,02 0,14+0,01
Листья 3,15+0,13 4,03+0,16 3,32+0,13 1,88+0,08
Стебли 0,50+0,02 0,73+0,03 0,53+0,02
Донская Колосья 0,38+0,02 0,11+0,01
юбилейная Листья 3,1+0,12 4,01+0,16 3,45+0,14 2,02+0,08
Стебли 0,33+0,01 0,73+0,03 0,51+0,02
Колосья 0,62+0,02 0,13+0,01
налива зерна концентрация хлорофилла в стеблях озимой пшеницы выше в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края.
В обеих зонах наибольшее количество хлорофилла в колосьях было у растений сорта Донская юбилейная. В репродуктивный период концентрация зеленых пигментов в элементах колоса всех сортов была выше в Ставропольском крае.
Большое значение для фотосинтетической продуктивности растений имеет не только размер, но и продолжительность функционирования фотосинтетического аппарата. Показателем, характеризующим площадь ассимиляционной поверхности посева и время ее активной работы, служит поверхностный фотосинтетический потенциал (ПФСП). Наши исследования показали, что ПФСП посевов озимой пшеницы в центральной зоне Краснодарского края в среднем за годы исследований на 38,5 % больше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края (табл. 2). В более благоприятных условиях выращивания в Краснодарском крае наибольшая величина ПФСП отмечена у сорта Дея, а сорта Краснодарская 99, Дон 95 и Донская юбилейная практически не различаются по этому показателю.
В зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края максимальное значение ПФСП наблюдалось у сорта Донская юбилейная, а минимальное - у сорта Дон 95. Улучшение условий выращивания в среднем по
сортам увеличивало значение ПФСП листьев на 19,0 %, а колосьев на -
28.6 %. Фотопотенциал стеблей у озимой пшеницы в Краснодарском крае выше, чем Ставропольском, на 117,1 %. В среднем по сортам в обеих зонах выращивания фотопотенциал листовых пластинок составляет примерно половину от его общей величины (48,6 % в центральной зоне Краснодарского края и 56,2 % в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края). Третью часть (в среднем по сортам и зонам - 30,7 %) составляет фотопотенциал стеблей.
Таким образом, выращивание озимой пшеницы в центральной зоне Краснодарского края позволяет посевам формировать общую площадь ассимиляционной поверхности в среднем на 21,8 % больше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края, при этом превышение ПФСП посевов составляет 38,5 %.
Величина хлорофиллового фотосинтетического потенциала (ХФСП) посевов озимой пшеницы в центральной зоне Краснодарского края в среднем по сортам на 48,9 % больше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края. Для листьев это превышение составляет
46.7 %, а для колосьев - 35,7 %. Увеличение ХФСП стеблей - 54,5 %.
В центральной зоне Краснодарского края максимальное значение хлорофиллового фотопотенциала отмечено у сорта Дея, а в зоне неустойчивого увлажнения Ставрополь-
ского края - у сорта Донская юбилейная. Улучшение условий выращивания в наших опытах увеличивало дифференциацию посевов различных сортов по этому показателю.
Таким образом, в Ставропольском крае концентрация хлорофилла в период налива зерна значительно выше, чем в Краснодарском (в листьях - на 40,2 %, стеблях - на 22,0 %, в колосьях - на 41,4 %), в то время как величина хлорофиллового фотосинтетического потенциала посевов озимой пшеницы в Каснодарском крае в среднем по сортам на 48,9 % больше, чем в Ставропольском.
В процессе фотосинтетических реакций создаются органические вещества, которые используются для роста, развития растений и запаса их в генеративных органах в виде урожая. Показателем, характеризующим работу ассимиляционного аппарата по накоплению биомассы, является чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ). Наши исследования показали, что в центральной зоне Краснодарского края этот показатель в расчете на площадь ассимиляционной поверхности посевов озимой пшеницы различных сортов в среднем за вегетацию на 21,1 % выше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края (табл. 3).
С возобновления весенней вегетации и до колошения работа ассимиляционной поверхности по накоплению биомассы в Краснодарском и Ставропольском краях не имеет больших различий - 8,88 и 8,43 г/м2 в сутки соответственно. В генеративный период ЧПФ посевов в Краснодарском крае на 41,6 % выше, чем в Ставропольском, что является важным фактором для формирования конечной продуктивности.
Анализ данных чистой продуктивности фотосинтеза в расчете на единицу хлорофилла показал, что этот показатель в значительной степени зависит от зоны возделывания. Эффективность работы хлорофилла по накоплению биомассы посевом за вегетацию в Ставропольском крае в среднем на 14,7 % выше, чем в Краснодарском. Аналогичные закономерности проявились в период до колошения. В репродуктивный период ш чистая продуктивность фотосинтеза | посевов в расчете на единицу хло- § рофилла в Краснодарском крае зна- | чительно выше (на 32,6 %), чем в ш Ставропольском. Следует отметить, 2 что в Краснодарском крае сортовые 2 различия по этому показателю неве- р
лики - 48,0-51,3 г/г в сутки, в то вре- 2
со
2. Фотосинтетический потенциал посевов озимой пшеницы различных сортов в зависимости от зоны возделывания (в среднем за 2007-2009 гг.)
Зона возделывания Сорт Листья* Стебли** Колосья* Растения**
Поверхностный фотосинтетический потенциал (ПФСП), (м2/м2)-сут
Центральная зона Дея 1,59 0,89 0,31 2,80
Краснодарского Краснодарская 99 1,44 0,73 0,42 2,60
края Дон 95 1,50 0,80 0,31 2,61
Донская юбилейная 1,68 0,62 0,31 2,61
В среднем 1,55 0,76 0,34 2,66
Зона неустойчивого Дея 1,37 0,39 0,25 2,01
увлажнения Краснодарская 99 1,26 0,30 0,27 1,83
Ставропольского Дон 95 1,14 0,30 0,27 1,71
края Донская юбилейная 1,45 0,41 0,26 2,12
В среднем 1,31 0,35 0,26 1,92
Хлорофилловый фотосинтетический потенциал (ХФСП), (г/мг)-сут
Центральная зона Дея 43,6 24,9 1,7 70,2
Краснодарского Краснодарская 99 42,8 19,7 2,4 65,0
края Дон 95 40,1 18,9 1,3 60,3
Донская юбилейная 41,9 25,0 2,0 68,9
В среднем 42,1 22,1 1,9 66,1
Зона неустойчивого Дея 29,4 14,6 1,2 45,3
увлажнения Краснодарская 99 29,7 12,0 1,6 43,4
Ставропольского Дон 95 24,9 14,1 1,2 40,1
края Донская юбилейная 30,6 16,5 1,6 48,7
В среднем 28,7 14,3 1,4 44,4
Значимые различия по ^критерию: * при р<0,05; ** при р<0,01.
3. Чистая продуктивность фотосинтеза посевов озимой пшеницы различных сортов в зависимости от зоны возделывания (в среднем за 2007-2009 гг.)
Зона возделывания Сорт До После За
колошения** колошения** вегетацию*
Чистая продуктивность фотосинтеза, г/м2 ассимиляционной поверхности в сутки
Центральная зона Дея 9,47 7,44 8,87
Краснодарского края Краснодарская 99 8,29 7,78 8,31
Дон 95 8,43 6,72 8,07
Донская юбилейная 9,32 9,77 9,75
В среднем 8,88 7,93 8,75
Зона неустойчивого Дея 10,14 6,18 8,40
увлажнения Краснодарская 99 8,79 4,64 6,98
Ставропольского Дон 95 9,07 5,28 7,47
края Донская юбилейная 5,70 6,30 6,04
В среднем 8,43 5,60 7,22
Чистая продуктивность фотосинтеза, г/г хлорофилла в сутки
Центральная зона Дея 23,8 48,0 30,1
Краснодарского края Краснодарская 99 20,9 50,0 27,7
Дон 95 22,7 50,8 29,4
Донская юбилейная 20,6 51,3 28,3
В среднем 22,0 50,0 28,9
Зона неустойчивого Дея 31,9 44,1 36,6
увлажнения Краснодарская 99 28,3 36,7 31,7
Ставропольского Дон 95 33,7 40,4 36,6
края Донская юбилейная 25,5 29,8 27,5
В среднем 29,9 37,7 33,1
Значимые различия по f-критерию: * при p<0,05; ** при p<0,01.
мя как в Ставропольском разброс составляет 29,8-44,1% г/г в сутки.
Таким образом, посевы озимой пшеницы различных сортов до колошения в обеих зонах исследований характеризуются практически одинаковыми значениями чистой продуктивности фотосинтеза в расчете на единицу площади, при этом эффективность работы хлорофилла в Краснодарском крае на 14,7 % выше, чем в Ставропольском. В репродуктивный период значения ЧПФ единицы площади ассимиляционной поверхности и единицы хлорофилла в центральной зоне Краснодарского края больше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края (на 41,6 и 32,6 % соответственно).
Фотосинтетическая продуктивность определяет общую продуктивность растений [2, S, 6, 7]. Наши ис-
следования показали, что урожайность посевов озимой пшеницы зависит как от генотипа, так и от по-чвенно-климатических условий выращивания (табл. 4). В среднем по сортам урожай общей биомассы в центральной зоне Краснодарского края на 26,1 % выше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края. Зерновая продуктивность озимой пшеницы в Краснодарском крае (в среднем по изученным сортам) на 21,3 % выше, чем в Ставропольском. Коэффициент хозяйственной эффективности фотосинтеза в Краснодарском крае находится в пределах 0,33-0,40, а в Ставропольском - 0,36-0,44. В среднем преимущество посевов по этому показателю составляет S,3 %.
Таким образом, выращивание озимой пшеницы в центральной зоне Краснодарского края позволяет по-
лучать урожай общей биомассы на 26,1 %, а зерна - на 21,3 % больше, чем в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края. При этом коэффициент хозяйственной эффективности фотосинтеза посевов снижается на Ставрополье на S,3 %.
Литература
1. Годунова Е.И., Желнакова Л.И., Удо-выдченко В.И. Состояние и пути оптимизации зерновой отрасли Ставрополе/Земледелие, 2011. - № 3. - С. 812.
2. Ничипорович А.А. Физиология фотосинтеза и продуктивность растений. -М., 1982. - С. 7-34.
3. Мокроносов А.Т. Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Фотосинтез. Физиолого-экологические аспекты. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 488 с.
4. Ракоца Э.Ю., Кудрявцева Т.Г., Мар-темьянова А.А. Специфика формирования ассимиляционного аппарата растений в поливидных агрофитоценозах/ Сельскохозяйственные и прикладные науки в развитии сельского и лесного хозяйства: актуальные вопросы, практика и обмен опытом. Мат. междунар. научн.-практ. конф. - Иркутск, 2006. - С. 125128.
5. Андрианова Ю.Е., Тарчевский И.А. Хлорофилл и продуктивность растений. - М.: Наука, 2000. - 135 с.
6. Ерошенко Ф.В., Петрова Л.Н. Фотосинтетическая продуктивность озимой пшеницы//Известия Россельхозакаде-мии, 2010. - № 3. - С. 36-38.
7. Chikov V., Bakirova G., Batasheva S., Sergeeva A. The influence of ammoniates on plant photosynthesis and productivity// Biologia Plantarum, 2006. - V. 44 (3). - Р. 749-751.
Статья поступила в редакцию 22.05.2013
Photosynthetic productivity of winter wheat crops in the conditions of north Caucasus
4. Продуктивность посевов озимой пшеницы различных сортов в зависимости от зоны возделывания (в среднем за 2007-2009гг.)
Сорт Центральная зона Краснодарского края Зона неустойчивого увлажнения Ставропольского края A.A. Eroshenko, I.G. Cherednichenko,
Урожай биомассы, ц/га* Урожай зерна, ц/га* К * хоз Урожай биомассы, ц/га** Урожай зерна, ц/га* Кхоз* хоз F.V. Eroshenko It is shown that soil-climatic conditions
Дея Краснодарская 99 Дон 95 193,8 178,7 189,3 64,8 70,3 72,7 0,33 0,39 0,38 163,6 144,0 139,6 58,6 63,3 53,9 0,36 0,44 0,39 have impact on the size and duration of functioning of the assimilatory apparatus, and photosynthetic productivity defines
Донская юб. 176,9 70,9 0,40 138,7 54,0 0,39 final yield of crops of winter wheat.
В среднем 184,7 69,7 0,38 146,5 57,5 0,40 Keywords: winter wheat, soil-climatic
НСР0.05 3,7 zone, photosynthetic productivity, yield.
Значимые различия по f-критерию: * при p<0,05; ** при p<0,01. ■
42
