CC BY
67ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИБОРА «К - ТЕСТЕР «ЯРА» ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ
Ю.Ф. Осипов, д.б.н., Я.В. Иваницкий, М.Х. Ширинян, к.с.-х.н., Краснодарский НИИСХ, Р.А. Афанасьев, д. с* —х* н*, В.В. Галицкий, ВНИИА
В статье обсуждаются результаты фотометрической диагностики азотного питания озимой пшеницы с использованием портативного прибора европейской фирмы «Яра».
Ключевые слова: озимая пшеница, диагностика, азотное питание, фотометрия.
Вопросы диагностики минерального питания в агрофито-ценозах сельскохозяйственных культур всегда были актуальными. Своевременное и направленное воздействие на продукционный процесс, на ход формирования урожайности озимой пшеницы возможно только на основании точной диагностики питания растений. Оптимальные дозы фосфорно-калийных удобрений под озимую пшеницу вносят осенью на основании агрохимического анализа почвы. Азот - наиболее динамичный из элементов, требует иного подхода. В настоящее время разработан портативный прибор «Ы - тестер», предназначенный для косвенного экспресс - определения уровня азотного питания растений по содержанию хлорофил-лов в листьях. Проблеме интерпретации данных, получаемых с помощью этого прибора, посвящена представляемая статья.
Методика и условия исследований. Для проведения исследований в условиях Краснодарского края (2001-2009 гг.) высевали различные сорта озимой пшеницы селекции КНИ-ИСХ: Дельта, Лира, Леда, Фишт, Краснодарская 99, Победа 50, Таня, Нота, Фортуна и др. Опыты проводили на опытном участке КНИИСХ (Центральная зона Краснодарского края), в предприятиях ЗАО фирма «Агрокомплекс» Выселковского района (Центральная зона), в агрофирме «Прогресс» Лабин-ского района (Южно - предгорная зона Краснодарского края) и в предприятии «Полтавское» Красноармейского района (Центральная зона). Посевы озимой пшеницы размещали по различным предшественникам (кукуруза на зерно и силос, подсолнечник, соя, озимый рапс и др.). Уровень минерального питания растений зависел как от предшественника, так и от системы удобрений. Оценку уровня азотного питания растений проводили по показаниям «Ы - тестера» [1,2] в период стеблевания, а также во время колошения - цветения. Параллельно с тестированием по прибору (в тех же листьях) проводили определение содержания зелёных пигментов (хлоро-филлов «а» и «в») и валового содержания Ы, Р и К. После созревания озимой пшеницы на тех полях, где проводилось тестирование, определяли биологическую урожайность и качество зерна (по содержанию белка). Связь показаний «Ы -тестера» с содержанием в листьях хлорофиллов («а» и «в»), азота, фосфора и калия, а также с биологической урожайностью и качеством зерна оценивали с помощью множественной нелинейной регрессии [3]. Аналогичные исследования в 2007-2009 гг. были с участием ВНИИА проведены в условиях юга Воронежской области на обыкновенном и типичном черноземах с сортами озимой пшеницы Одесская 267 (2007-2008 гг.) и Северодонецкая Юбилейная (2009 г.)
Результаты и их обсуждение. В условиях Краснодарского края 2001 г. в фазу колошение - начало формирования зерна озимой пшеницы было проведено сравнительное изучение связи показаний «Ы - тестера» с валовым содержанием в верхних двух листьях (зелёных) Ы, Р и К на большом наборе сортов в трёх районах Краснодарского края (табл. 1). Дисперсия всех изучавшихся нами признаков была весьма значительной. С помощью нелинейного множественного анализа была определена связь между показаниями «Ы - тестера» и белковостью будущего зерна. Эта связь описывается следующей математической моделью (модель № 1): У(%) = 6,2 + 0,01752Х - 0,00001Х2 , где Х - показания прибора «Ы - тестер». Как видим, эта связь существует, она положительна, не линейна, но детерминация этой модели, к сожале-
нию, низка (К = 0,11), что не позволяет использовать ее в прогностических целях. В то же время, эта модель показывает нелинейную зависимость накопления белка в будущем зерне озимой пшеницы от содержания хлорофиллов (показаний «Ы - тестера») в листьях.
1. Показания прибора «К — тестер» в связи с содержанием N5 Р, К в верхних зелёных листьях (в период колошение — начало формирования зерна) и содержанием белка
№ Сорт Место Показа- N Р2О5 К2О Бе-
№ возделы- ния «Ы - % на а.с.в. лок,
п/п вания тестера» %
1 Половчанка 512 3,40 0,78 3,37 11,1
2 Краснодарская 99 726 3,77 0,73 2,46 12,7
3 Половчанка 534 3,20 0,77 2,88 11,7
4 Дельта 462 3,22 0,87 3,53 12,1
5 Фишт Лабин- 674 3,72 0,75 3,21 14,1
6 Победа 50 ский 541 4,07 0,77 2,98 13,4
7 Русса р-н *) 601 4,18 0,82 2,75 14,0
8 Дельта 515 4,00 0,81 3,40 14,0
9 Половчанка 500 3,01 0,78 2,72 11,1
10 Половчанка 483 3,02 0,72 2,97 10,8
11 Половчанка 600 3,46 0,72 2,65 10,6
12 Половчанка 608 3,43 0,75 3,12 12,0
13 Победа 50 540 3,29 0,77 1,86 12,3
14 Победа 50 544 3,43 0,79 1,68 13,7
15 Победа 50 520 3,02 0,69 1,77 14,1
16 Победа 50 506 3,20 0,81 1,61 13,4
17 Победа 50 КНИИСХ, 552 3,22 0,79 1,68 14,0
18 Победа 50 552 3,28 0,79 1,46 12,4
19 Победа 50 г. Крас- 531 3,28 0,79 1,61 13,0
20 Половчанка нодар 443 2,55 0,65 2,20 11,1
21 Половчанка (Динской р-н) 463 3,20 0,84 1,68 13,1
22 Половчанка 386 3,09 0,81 1,92 13,9
23 Половчанка 404 2,60 0,76 1,68 13,2
24 Половчанка 434 2,81 0,64 2,07 12,5
25 Половчанка 473 2,83 0,67 1,77 12,0
26 Половчанка 462 3,22 0,81 1,99 13,5
27 Дельта 443 3,04 0,93 3,57 10,1
28 Победа 50 Красно-аромей- 445 3,41 0,74 3,10 10,0
29 Лира 536 3,80 0,61 2,81 12,0
30 Леда ски*й* )р-н 420 2,77 0,78 2,70 10,0
31 Княжна 426 2,67 0,73 3,24 9,6
32 Княжна 515 3,54 0,84 3,36 13,0
*) - А/ф «Прогресс» **) - Предприятие «Полтавское»
Рассмотрим теперь связь между накоплением белка в будущем зерне и комплексом факторов (табл. 1), а именно -содержанием пигментов в листьях (показания прибора «Ы -тестер»), валовым содержанием в тех же листьях Ы, Р и К. Эта связь описывается следующей математической моделью (модель № 2): У (%) = 66,4 + 8,07Х2 - 18,67Х4 + 0,98Х24 + 7,02Х3,4 + 0,02Х1>4 - 0,11Х1 - 52,75Х3 + 0,10Х1>3 + 0,00006Х21 - 0,02Х1,2 + 1,62Х2'2 - 6,50Х2,3 - 0,51Х2,4 + 6,50Х23; её детерминация - К2 = 0,78. Как видим, детерминация модели № 2 значительно выше, чем модели № 1 (0,11). Биологическая интерпретация этой модели позволяет говорить о том, что накопление белка в зерне озимой пшеницы существенно связано как с содержанием зелёных пигментов в листовом аппарате (доля влияния
которых на дисперсию белковости зерна составляет - 26,1 %), так и с содержанием в листьях азота (доля влияния - 15,5 %), фосфора (вклад в дисперсию - 11,9 %) и калия (вклад - 25 %).
Однако содержание зелёных пигментов в листовом аппарате растений зависит не только от уровня и сбалансированности их минерального питания, но и от генотипических особенностей сорта. Поэтому, чтобы исключить влияние этого фактора в полученные исходные показания «Ы - тестера» мы ввели поправку на сортоспецифичность, нивелирующую влияние генотипа, и вновь рассчитали связь между накоплением белка в зерне и рассмотренными выше факторами. Оказалось, что детерминация факторов в модели № 3 возросла до 0,85. Кроме того, в 2008 году, на трёх сортах (в период стеблевания) и при варьировании уровня минерального питания, нами была исследована связь показаний «Ы - тестера» с содержанием хлорофиллов «а» и «в» (в тех же листьях). Эта зависимость описывается следующей математической моделью (№ 4): У(к-т)= - 2919,2 + 1084,5Х! + 44,8Х^ + 1368,1Х2 + 859,9Х22 -946,2Х1>2; где Уру-т) - показания «Ы - тестера», Х5 - содержание в листьях хлорофилла «а», и Х2 - хлорофилла «в». При этом доля влияния хлорофилла «а» на дисперсию показаний «Ы - тестера» - 23,0 %; хлорофилла «в» - 28,7 %. Общая детерминация модели № 4 (К2) - 0,52, из чего следует, что показания «Ы - тестера» связаны с содержанием в листьях обоих пигментов, причём с хлорофиллом «в» - несколько больше.
Рис. 1. Зависимость показаний N - тестера «Яра» (ряд 2) от содержания азота в листьях озимой пшеницы (ряд 1)
Рис. 2. Зависимость содержания белка в зерне (ряд 1) от содержания азота в листьях озимой пшеницы (ряд 2)
В 2005 г. было продолжено изучение зависимости накопления белка в будущем зерне озимой пшеницы от показаний «Ы - тестера» в период колошения - цветения. Этот показатель изучали в посевах озимой пшеницы, размещённых по разным предшественникам в различных с/х предприятиях края, и на опытных полях КНИИСХ, на более чем 10 районированных сортах. Впоследствии определяли качество зерна, убранного с этих полей, в том числе - содержание в нём бел-
ка. Вновь была рассчитана связь показаний «Ы - тестера» с качеством будущего зерна (модель № 5): У(%) = - 0,24 + 0,05399Х - 0,00003Х2, где У(%) - содержание белка в будущем зерне, а Х - показания «Ы - тестера». Детерминация этой модели (К2 - 0,44) также не очень высока, хотя она выше, чем была в предшествующих исследованиях.
Учитывая то, что у сортов с высоким (генетически) качеством зерна и у сортов потенциально высокопродуктивных -различный тип обмена веществ (различное соотношение между белковым и углеводным комплексом), все изучавшиеся сорта были разделены на две группы: I - сорта «сильной пшеницы»; II - сорта «высокоурожайные». После этого вновь была рассчитана связь содержания белка в будущем зерне озимой пшеницы с показаниями «Ы - тестера». Результат был таким: по I группе сортов - У(%) = 5,31 + 0,0012Х + 0,00002Х2 (К2 = 0,72); по II группе сортов - У(%) = 6,2 + 0,00004Х2 + 0,5 ^Х - 0,039Х (К2 = 0,50). Как видим, детерминация обоих моделей существенно возросла.
В 2009 г. была проведена проверка прогностических возможностей этих моделей в производственных условиях на предприятии «Колос» Выселковского р-на (ЗАО фирма «Аг-рокомплекс») Краснодарского края (табл. 2). Как следует из этой таблицы, прогноз содержания белка в будущем зерне озимой пшеницы по показаниям «Ы - тестера» оправдался в 85 % случаев (по обеим группам сортов) при точности полевых исследований ~ 7 %. При этом следует учесть, что в течение ряда лет проводилась работа по оптимизации минерального питания посевов озимой пшеницы, что привело к существенному улучшению фосфорно-калийного питания растений, а следовательно, к снижению значимости этих факторов в дисперсии показаний «Ы - тестера».
2. Результаты проверки новой методики прогноза содержания белка в зерне озимой пшеницы по показаниям — тестера» _в период колошения, 2009 г._
№ № п/п № бри № поля Предшественник Сорт Показания «Ы Содержание белка в зерне, % Отклонение от
гады - тестера» прогноз фак-тич. фактического
±, %
I группа — «сильная пшеница»
1 2 4 Кук./ зерно Виза 634 14,1 14,8 -0,7
2 3 3-2 Под-солн. Батько 638 14,2 14,3 -0,1
3 3 5-1 Под-солн. Батько 649 14,5 13,1 1,41
4 3 3 Под-солн. Батько 664 15,0 15,6 -0,6
5 3 4-2 Под-солн. Батько 654 14,6 14,5 0,1
6 4 2 Под-солн. Батько 630 14,0 14,5 -0,5
7 4 6-1 Кук./ зерно Виза 671 15,1 15,3 -0,2
В среднем 649 14,5 14,6 -0,1
II группа — «высокоурожайные» сорта
8 3 4-1 Кук./ силос Фортуна 609 11,4 10,8 0,6
9 3 7 Кук./ силос Таня 656 12,8 12,7 0,1
10 3 6-2 Сах.свёк ла Коллега 631 12,1 11,6 0,5
11 3 2-2 Кук./ силос Фортуна 600 11,3 11,5 -0,2
12 3 2-4 Кук./ силос Фортуна 566 10,4 11,5 - 1,1
13 4 7 Кук./ зерно Фортуна 607 11,7 12,4 -0,7
14 4 8 Кук./ зерно Фортуна 599 11,2 11,8 -0,6
В среднем 610 11,6 11,8 -0,2
-Ряд2
-Ряд1
Исследования, проведенные в условиях ЦентральноЧерноземной зоны, в целом подтвердили зависимости, выявленные в условиях Краснодарского края. В частности, показано, что фотометрическая характеристика листьев напрямую связана с фотохимической реакцией хлорофилла, то есть в значительной мере с его концентрацией (рис. 3).
о а о
5.0 -, 4.0 -3.0 -2.0 -1.0 -
у = -0.0363x2 + 0.4251Х + 2.8676 R = 0.94
N0 N30 N60 N90 N120 N150 N180
□ Ряд1 3.3 3.6 3.8 4.0 3.9 4.3 4.0
варианты опыта
Рис. 3. Зависимость содержание хлорофилла в листьях озимой пшеницы от доз азотных удобрений, в среднем за 2007 - 2009 гг.
Коэффициенты парной линейной корреляции, полученные по фактическим данным полевых опытов в 2007 г. (сорт Одесская 267) и в 2009 г. (сорт Северодонецкая Юбилейная), равнялись, соответственно, 0,84 и 0,6, а фактических данных по отношению к рассчитанным по трендам 0,86 и 0,94, что указывает на вполне определенную зависимость фотометрических показателей Ы - тестера «Яра» от содержания хлорофилла в листьях озимой пшеницы. Установлено также, что связь показаний Ы - тестера «Яра» с возрастающей обеспеченностью озимой пшеницы азотом носит нелинейный характер (рис. 4). Подтверждается и сопряженность между показаниями Ы - тестера и урожайностью озимой пшеницы (рис. 5).
у = -2.2571x2 + 29.29Х + 565.7 R = 0.98
N150 N180
варианты опыта
Рис. 4. Зависимость показаний Ы - тестера «Яра» от доз азотных
удобрений, внесенных под озимую пшеницу, в среднем за 2007-2009 гг. (по 4 срокам определения ежегодно)
т 40.0 -- 35.0 -- 30.0 2 -- 25.0 ^
Л
-- 20.0 § -- 15.0 >|
-- 10.0 <5
о.
-5.0 * 0.0
N60 N90 N120 N150 N180 варанты опыта
Ряд2
-Ряд1
Рис. 5. Взаимосвязь урожайности (ряд 1) и показаний Ы - тестера «Яра» (ряд 2) в полевом опыте с возрастающими дозами азота, внесенными под озимую пшеницу, в среднем за 2007-2009 гг.
В условиях Воронежской области изучали зависимость показаний Ы - тестера «Яра» от сроков диагностического обследования посевов озимой пшеницы (рис.6). По результатам 3-летних исследований отмечено, что за период от фазы кущение (25 стадия по Цадоксу) до фазы цветение (69 стадия) показания фотометра по каждому из вариантов опыта достаточно стабильны, что позволяет уверенно проводить диагностику азотного питания растений в эти фазы. В дальнейшие фазы развития растений - молочно-восковая (85 стадия) и восковая (87 стадия) спелость - уровень показателей существенно снижается, особенно при засушливой погоде, из-за изменения окраски листьев озимой пшеницы, их постепенного пожелтения, то есть разрушения в них хлорофилла, и это свидетельствует о нецелесообразности использования фотометрии в указанные фазы.
Б 400 —
700 600 500 400 300 200 100 0
у = -9,5516х2 + 53,228х + 591,37
R = 0,94
Л*
фазы развития растений
о' г>
Рис. 6. Показания Ы - тестера «Яра» по 7 срокам диагностики озимой пшеницы, в среднем по всем вариантам опыта за 2007-2009 гг.
Но даже в ранние и средние фазы развития растений условия увлажнения заметно влияют на показания фотометрических приборов, в частности Ы - тестера «Яра». На рисунке 7 показано, что в острозасушливые вегетационные периоды, какими были, например, июнь-июль 2009 г., когда влажность почвы в пахотном слое почвы снижалась почти до мертвого запаса, фотометрические показатели прибора в контрольных вариантах полевого опыта были на 100-150 единиц выше, чем в 2008 г., когда условия роста и развития растений были благоприятнее. Данную реакцию растений необходимо учитывать при фотометрической диагностике азотного питания озимой пшеницы и других сельскохозяйственных культур.
800 700 600 500 400 300 200 100 0
кущ
трубк трубк
соки диагностики
2007
2008
2009
Рис. 7 Зависимость показаний Ы - тестера «Яра» в контрольных вариантах опытов от условий увлажнения озимой пшеницы в годы исследований.
Выводы. Показания «Ы - тестера» связаны: 1) с содержанием в листьях озимой пшеницы хлорофиллов «а» и «в», причём эта связь не линейна; 2) с содержанием в листьях азота, фосфора и калия, причём наиболее тесно с тем элементом, который находится в дефиците и который тормозит синтез пигментов; 3) с генотипическими особенностями сортов как по содержанию в них пигментов (тёмно - или светло окра-
шенные сорта), так и по соотношению белкового и углеводного синтеза.
При исключении (уменьшении) влияния генотипических особенностей сортов на дисперсию показаний «Ы - тестера», они, в целом, отражают уровень минерального питания растений озимой пшеницы и степень его сбалансированности. При исключении (уменьшении) влияния генотипических особенностей сортов и несбалансированности фосфорно-калийного питания растений показания «Ы - тестера» существенно связаны с уровнем азотного режима в АФЦ озимой пшеницы, причём связь эта не линейна.
Получены математические модели, описывающие связь качества будущего зерна (содержание в нём белка) с показаниями «Ы - тестера» в период колошения - начала формирования зерна; установлено, что эта корреляция выше у сортов
«сильной» пшеницы (0,84), чем у сортов «высокопродуктивных» (с повышенным уровнем углеводного обмена - 0,71).
Прибор «Ы - тестер» может быть использован для целей диагностики азотного режима в АФЦ озимой пшеницы в период колошение - начало налива зерна, но при учёте ряда ограничений. Литература
1. Рекомендации. «Использование прибора «Ы - тестер» на посевах озимой пшеницы в Краснодарском крае», Краснодар, 2000 г., С. 7.
2. Рекомендации. «Использование прибора «Ы - тестер»на посевах зерновых культур», ООО «Гидро Агри Рус», Краснодар, 2003г., С. 30.
3. Нелинейный множественный регрессионный анализ по методу стохастической аппроксимации. Заключительный отчёт «Создание физиологической модели сорта озимой пшеницы интенсивного типа для Центральной зоны Краснодарского края», Краснодар, 1986 г., с. 17.
USE OF YARA N-TESTER FOR THE DIAGNOSTICS OF NITROGEN SUPPLY OF WINTER WHEAT
Yu.F. Osipov1, Ya. V. Ivanitsky1, M.Kh. Shirinyan1, R.A. Afanas'ev2, V. V. Galitskii2 1Luk'yanenko Research Institute of Agriculture, Zvezdnaya ul 36, Kolosistyi, Krasnodar, 350053 Russia 2D.N. Pryanishnikov All-Russian Scientific Research Institute of Agrochemistry, ul. Pryanishnikova 31a, Moscow, 127550 Russia
The use of Yara N-tester for the diagnostics of nitrogen supply of winter wheat was discussed. Keywords: winter wheat, diagnostics, nitrogen supply, photometry.
