CC BY
18
УДК 551.5: 631.52
ОСОБЕННОСТИ МЕТЕОУСЛОВИЙ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕЛЕКЦИИ ЯЧМЕНЯ В КАМЕННОЙ СТЕПИ
Т.Г. ГОЛОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Л.А. ЕРШОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
Воронежский НИИ сельского хозяйства имени В.В. Докучаева Россельхозакадемии, Россия, Воронежская область, Таловский район, п/о Институт им. Докучаева, уч. 2
E-mail: [email protected]
Резюме. В условиях юго-востока Центрально-Черноземной зоны отмечено значительное повышение температур и снижение количества осадков в период вегетации ярового ячменя, что приводит к снижению урожайности культуры и ее стабильности по годам. Анализ декадного температурного режима Каменной Степи (Воронежский НИИ сельского хозяйства) за период с 1968 по 2014 гг. указывает на рост его средних значений в апреле и мае в пределах от 1,5...2,4 до 3,2...4,1оС, при этом коэффициент простой регрессии составил 0,25* (* достоверно на уровне 95%). Выявлена отрицательная взаимосвязь между температурами мая и урожаем зерна, высотой растений, массой 1000 зерен (коэффициенты корреляции составили -0,41*, -0,44*, -0,44* соответственно). Показана результативность селекции ячменя в условиях недостаточного увлажнения на обыкновенных черноземах в Воронежском НИИ сельского хозяйства, в результате которой созданы 17 сортов, 4 из них были районированы: Докучаевский 1, Олимпиец, Таловский 34 и Таловский 9. Условия вегетации 2003-2013 гг., по сравнению 1980-1989 гг., вызвали снижение урожайности культуры на 12,1.14,8 ц/га, числа продуктивных стеблей на 1 м2 - на 138.180 шт., массы 1000 зерен - на 2,6.4,5 г, высоты растений - на 19,8.26,6 см. Отмечена высокая стабильность формирования таких элементов продуктивности, как количество и масса зерна с колоса, длина периода всходы - колошение, отбор по которым может быть достаточно эффективным при условии сохранности продуктивного стеблестоя к уборке. Одним из основных направлений селекционной работы с ячменем в современных условиях Каменной Степи должно стать повышение жаростойкости и адаптивного потенциала новых сортов.
Ключевые слова: метеорологические условия, селекция, яровой ячмень, продуктивность.
Создание сортов, приспособленных к определённым экологическим условиям, - важнейшее и необходимое условие дальнейшего роста урожайности сельскохозяйственных культур и её стабильности. Юго-восток Центрально-Черноземной зоны, на территории которой расположена Каменная Степь (Воронежский НИИ сельского хозяйства), характеризуется резко континентальным климатом, а также крайне неустойчивым и недостаточным увлажнением по годам и в течение вегетационного периода. Основные стрессовые факторы - дефицит влаги в почве и высокая температура воздуха. В этих условиях формирование стабильных урожаев зерна возможно только при возделывания засухоустойчивых сортов, которые в благоприятные по влагообеспеченности годы обеспечивают высокий урожай зерна, а при наступлении засухи незначительно снижают его.
Анализ результатов и методов селекции позволяет установить одну общую закономерность - лучшими оказываются генотипы, наиболее приспособленные к местным, в том числе неблагоприятным, условиям внешней среды. Изучение родословных наиболее
урожайных старых и современных сортов показало, что в большинстве случаев самым эффективным оказывалось использование в гибридизации местных адаптированных сортообразцов [1].
Селекция ярового ячменя на Каменно-степной опытной станции началась в 1932 г. с изучения исходного материала, в том числе местных форм. К сожалению, выделенные наиболее урожайные образцы из Россошанского и Острогожского округов -высоко адаптивные источники ценных признаков, не удалось сохранить, что сильно снизило эффективность селекции культуры методом гибридизации. В 1972 г. была организована лаборатория селекции ярового ячменя и работа продолжилась на более высоком научно-методическом уровне с широким привлечением в скрещивания инорайонного исходного материала.
Цель наших исследований - определение стратегии и тактики селекционной работы по ячменю в связи с резко меняющимися погодными условиями, а также поиск исходного материала, отвечающего требованиям селекции в Центрально-Черноземной зоне и имеющего стабильные показатели продуктивности в Воронежской области.
Условия, материалы и методы. В рамках исследований был проведен ретроспективный анализ метеорологических условий Каменной Степи и селекционных достижений по яровому ячменю за период с 1968 по 2013 гг. для изучения характера изменения климатических факторов за определенные временные промежутки: 1968-1982 гг., 1983-1998 гг., 1999-2013 гг., и на его основе выявлена эффективность селекции с учетом использования исходного материала различного эколого-географического происхождения.
Природная заповедная территория Каменная Степь расположена в центральной части Воронежской области на водоразделе рек Волга и Дон. Основной почвенный покров представлен черноземами обыкновенными. Среднемноголетняя сумма осадков за период вегетации ярового ячменя (с апреля по июль) составляет 189 мм и, в зависимости от года, варьирует от 62 до 302 мм, величина гидротермического коэффициента значительно ниже единицы - 0,5...0,7. Метеорологические параметры в работе представлены по данным Каменностепной метеостанции за 1968-2013 гг., среднемноголетние декадные температуры и суммы осадков показаны за 1928-1979 гг. [2].
Объектами для анализа послужили созданные после 1968 г. и изученные в системе Государственного сортоиспытания, а также районированные сорта ярового ячменя пивоваренного и кормового использования селекции Воронежского НИИ сельского хозяйства, всего 18 образцов. Выделены три этапа: 1968-1982 гг. -интенсивное развитие селекционных программ, наращивание объемов работ (создано 6 сортов); 19831998 гг. - селекция высокопродуктивных сортов, пригодных к возделыванию по интенсивным технологиям (9 сортов); 1999-2013 гг. - снижение объемов селекции и ее направленность на создание форм, адаптированных к местным засушливым условиям (3 сорта).
Таблица 1. Характеристика метеоусловий периодов вегетации ячменя (Каменная Степь, 19682013 гг.)
Температура воздуха Количество осадков
отклонения коэффициент отклонения от среднемного-летних величин за период вегетации, % отклонения коэффици- отклонения
Годы от среднемноголетних величин за апрель-май, ° С регрессии за апрель-май/май-июль, °С за 1 год от средне-многолетних величин за апрель-май, % ент регрессии за апрель-май/ май-июль, мм за 1 год от среднемноголетних величин за период вегетации, %
1968- +1,6 b=-0,11/ 104,2 +27,9... b=3,81/ 102,1
1982 b=-0,91 -30,4 b=4,3*
1983- +2,1 b=0,04/ 108,2 +23,7... b=0,61/ 101,9
1998 b=1,28 -19,4 b=0,35
1999- +2,6 b=0,25*/ 114,2 +12,1... b=-1,11/ 101,4
2013 b=2,0 -23,7 b=-4,3*
Математическую обработку данных проводили в системе «СХБТАТ»: вычисление статистических показателей выборки и коэффициента регрессии по методикам Доспехова Б.А. [3].
Результаты и обсуждение. В среднем за период вегетации культуры сумма декадных температур к среднемноголетним значениям в 1968-1982 гг. составила 104,2%, в 1983-1998 гг. - 108,2%, в 1999-2013 гг. -114,2% (табл. 1), то есть очевидно их нарастание. Подекадный анализ температурного режима по периодам ретроспективы (1968-1982, 1983-1998 и 1999-2013 гг.) указывает на повышение его средних величин в апреле и мае соответственно на 1,5...2,4, 2,2...3,1 и 3,2... 4,1 °С (рис. 1), при коэффициенте простой регрессии для одного года исследований - -0,11, 0,04 и 0,25* (здесь и далее *, ** и *** - уровень значимости 0,05, 0,01 и 0,001).
п. а
<г а
V "
12 3 1 апрель ----о тз май июнь июль
Рис. 1. Отклонения от среднемноголетних декадных температур воздуха, (Каменная Степь, 1968-2013 гг.): —«— 19681982 гг.; -о- - 1983-1998 гг.; -о- - 1999-2013 гг.
Температурный режим за период май-июль в 19681982 гг. был близок к среднемноголетним величинам или ниже их на 0,3.0,7 оС (Ь=-0,91), в 1983-1998 гг. - на уровне или выше на 0,3...1,2оС (Ь=1,28), а в последние годы (1999-2013 гг.) - значительно превосходил (до 2,8оС; Ь=2,0) и имел более резкие и продолжительные подъемы, особенно в фазы кущение-трубкование и цветение-колошение.
Выпадение осадков за изученные промежутки времени находилось на уровне средних значений, а их распределение по фазам вегетации ярового ячменя было неравномерным (рис. 2). В 1968-1982 гг. период с минимумом осадков приходился на июнь и продолжался не более 20 дн.; в 1983-1998 гг. - недостаток влагообе-спеченности, который компенсировался в последующие декады, отмечали апреле и мае в течение 10 дн. и менее; в 1998-2013 гг. - в апреле-мае до 30.40 дн.
За период апрель-май, условия которого влияют на первую половину вегетации ячменя, дефицит
осадков, по сравнению со среднемноголетними показателями, в 1968-1982 гг. в засушливые годы достигал 30,4%, а во влагообеспеченные - наблюдали превышение до 27,4%, то есть недостаток влаги практически компенсировался по годам. Во время второго отрезка ретроспективы (1983-1998 гг.) величины этих показателей составляли соответственно 19,4 и 23,7%, а в наиболее засушливый период 1999-2013 гг. - 23,7 и 12,1%. Весенние засушливые условия в первый отрезок ретроспективы отмечали каждые 3 года из пяти, во второй - 4 года, а в третий - ежегодно.
Результаты корреляционного анализа зависимости урожайности от метеорологических факторов весенних месяцев 1990-2013 гг. свидетельствуют, что наибольшее влияние на продуктивность ячменя оказывает температурный режим мая. Выявлены отрицательные коэффициенты корреляции между показателями температурного фона в мае и урожайностью зерна (r=-0,41*), высотой растений в полной спелости (r=-0,44*), массой 1000 зерен (r=-0,44*). Также в тесной обратной зависимости от температурного режима третьей декады мая находилась продолжительность периода всходы-колошение (r=-0,65***), с которой связаны многие хозяйственные показатели ячменя: масса зерна с колоса (r=0,60**...0,85***), высота растений (r=0,47*...0,59**), озернённость колосьев и число растений на 1 м2 (r=0,83*** и 0,66** соответственно).
Под действием естественного отбора формируются генотипы, активность генов которых сбалансирована таким образом, что они обеспечивают достаточно стабильное воспроизводство «оптимального фенотипа» в относительно варьирующей среде. По мнению А.А. Жученко, «среда выступает в роли фактора, который не только оценивает (сортирует) генотипы по их приспособленности, но и в значительной мере определяет, что будет предъявлено отбору для
Рис. 2. Отклонения от среднемноголетних показателей количества осадков (Каменная Степь, 1968-2013гг.): ш- 19681982 гг.; □ - 1983-1998 гг.; ■ - 1999-2013 гг.
оценки» [4], то есть во время онтогенеза соответствующие изменения метаболизма в дальнейшем приводят к рекомбинационным изменениям. Поэтому при отсутствии местного исходного материала селекционная работа до 1960-х гг. основывалась на выделении из районированных сортов Нутанс 187 и Европеум 353/133 более продуктивных форм, которые были их производными и несли в себе все позитивные и негативные признаки. По причине слабой устойчивости к пыльной головне и полеганию их не районировали. В дальнейших исследованиях (1968-1983 гг.) широкое привлечение инорайонного исходного материала позволило создать и передать в ГСИ такие сорта ярового ячменя, как Степняк, Докучаевский 1, Таловский, Светлячок, Олимпиец, Электрон. Соотношение в их генотипе степного и западно-европейского исходного материала равное 1:1 позволило создать в климатических условиях региона сортообразцы, более продуктивные и устойчивые к полеганию, чем исходные формы. Сорта Докучаевский 1 и Олимпиец, в родословную которых входил широко известный засухоустойчивый сорт Нутанс 187, были районированы в 1978 и 1984 гг. и занимали в период возделывания в производственных посевах Воронежской области площади до 59,0 и 25,8 тыс. га.
Второй период селекционной работы (1983-1998 гг.) в связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства и повсеместным применением минеральных удобрений был направлен на повышение продуктивности путем широкого использования западно-европейского исходного материала. Уровень влагообеспеченности, обусловленный суммой атмосферных осадков и температурным режимом, в указанные годы также позволял проводить отборы интенсивных форм с повышенными пивоваренными характеристиками. За этот отрезок времени переданы в ГСИ такие сорта ячменя, как Таловский 34, Победит, Таловский 36, Славянский, Славянский 91, Славянский 93, Славянский 96, Титан 98, Родник 98, у которых соотношение степных и западно-европейских исходных форм составляло 1:3. Однако районирован был только Таловский 34 (в Кемеровской и Тюменской областях в 1989 г.), в селекции которого использовали лесостепной и степной биотипы: сорта Носовский 6 и Донецкий 4.
ставило 1,5:1. В 2007 г. в Госреестр был включен сорт Таловский 9, в родословной которого присутствуют 3 известных засухоустойчивых образца - Первенец, Донецкий 8 и Прерия. Площадь посевов нового сорта в Воронежской области в 2013 г. составила 11,0 тыс. га и продолжает увеличиваться благодаря его хорошим адаптивным свойствам.
В целом за период селекции ячменя в Каменной Степи создано 18 сортов яровой формы этой культуры, из которых 4 в разные годы были районированы в Воронежской, Кемеровской и Тюменской областях. Основными достоинствами сортов Докучаевский 1 и Таловский 34 можно считать засухоустойчивость и скороспелость, что, с другой стороны, ограничивает возможность формирования высокого урожая. Продуктивный сорт Олимпиец был недостаточно засухоустойчив, что в неблагоприятных условиях вегетации приводило к изменению уровня урожайности и ее элементов. Потенциал районированного с 2007 г. сорта Таловский 9 достигает 6,8 т/га, а стабильность сочетается с высокой адаптацией к местным агроэко-логическим условиям и устойчивостью к болезням и вредителям.
Сравнение районированных сортов по урожайности и хозяйственно-биологическим признакам в годы передачи на ГСИ (1980-1989 гг.) и за последние 10 лет (2003-2012 гг.) позволило определить постоянство их структурных морфологических элементов в результате проявления приспособительных реакций растений к повышенной аридности климата. В результате проведенных исследований мы установили, что менее благоприятные, по сравнению с периодом 1980-1989 гг., погодные условия вегетации 2003-2013 гг. вызвали снижение урожайности на 12,1.14,8 ц/га, числа продуктивных стеблей на 1 м2 - на 138.180 шт., массы 1000 зерен - на 2,6. 4,5 г, высоты растений - на 19,8.26,6 см (табл. 2). Более высокая стабильность отмечена по признакам число и масса зерен с колоса, а также продолжительность периода всходы-колошение, отбор по которым может быть достаточно эффективным при условии сохранности продуктивного стеблестоя к уборке на уровне 600.700 шт./м2.
Таблица 2. Характеристика сортов ячменя по элементам продуктивности (Воронежский НИИ сельского хозяйства, 1980-2012 гг.)
Сорт Урожайность, ц/га Продуктивная кустистость, шт. Продуктивных стеблей, шт/м2 Количество зёрен вко-лосе, шт. Масса зерна с колоса, г Масса 1000 зёрен, г Период всходы-колошение, дн. Высота растений, см
1980-1989 гг.
Докучаевский 1 34,0 1,5 620 18,4 1,13 45,0 46 84,9
Олимпиец 36,7 1,6 650 18,7 0,97 44,1 47 84
Таловский 34 38,6 1,5 710 16,9 0,88 47,9 43 93,2
нср05 3,17
2003-2012 гг.
Докучаевский 1 21,9 1,2 482 18,8 0,97 41,3 44,8 62,4
Олимпиец 22,3 1,4 512 18,1 0,89 41,5 45,9 64,2
Таловский 34 22,0 1,3 530 15,8 0,85 43,4 42,8 66,6
Таловский 9 25,8 1,4 548 17,2 0,91 44,7 42,3 67,7
НСР05 1,99 0,17 58,3 1,25 0,17 1,32
В последующие годы (1999-2013 гг.) метеоусловия отличались резким повышением температурного фона и частым дефицитом влаги. В это время были переданы в ГСИ сорта ячменя Таловский 9, Алмаз, Докучаевский 10, в которых соотношение исходного материала степного и западно-европейского происхождения со-
Выводы. Таким образом, анализ метеорологических условий с 1968 по 2013 гг. свидетельствует о повышении температурного режима периода вегетации ярового ячменя, по сравнению со среднемно-голетними значениями, на 10%, а его ранних этапов (всходы-выход в трубку) - на 3,2.4,1оС. Кроме того,
происходит увеличение интенсивности воздушной и почвенной засух и их сдвиг на более ранние фазы развития растений. В результате чего в 1998-2013 гг. продолжительность периода с минимальным количеством осадков составила до 30.40 дн. и отмечали его в апреле-мае, что оказывает наиболее губительное влияние на формированиеурожайности раннихяровых культур.
Созданные в Воронежском НИИ сельского хозяйства и районированные сорта ячменя при усилении аридности климата снижают урожайность из-за уменьшения сохранности продуктивного стеблестоя на 138.180 шт./ м2 и массы 1000 зерен - на 2,6. 4,5 г. Показатели числа и массы зерен с колоса более
стабильны в меняющихся метеоусловиях, поэтому отбор по таким признакам может быть достаточно эффективным в случае сохранности продуктивного стеблестоя к уборке.
Проведенный анализ климатических показателей и результатов селекции за период 1968-2014 гг. позволяет сделать вывод о том, что одним из основных направлений селекционной работы с ячменем в современных условиях Каменной Степи, наряду с повышением продуктивности, должно быть увеличение жаростойкости и адаптивного потенциала новых сортов путем использования исходного материала, приспособленного к местным природным факторам.
Литература.
1. Линчевский А.А. Совершенствование сортов ячменя в процессе селекции:// Селекция ячменя на повышение адаптивности с целью увеличения и стабилизации урожая: сб. науч.тр. Одесса: ВСГИ, 1990. С. 5-18.
2. Агроклиматический справочник по наблюдениям гидрометеорологической обсерватории «Каменная степь» Таловского района, Воронежской области. Таловая: Таловская типография,1979. 14 с.
3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропрогмиздат, 1985. 351 с.
4. Жученко А.А. Экологическая генетика культурных растений. Кишинев: Штиинца, 1980. 587 с.
PECULIARITIES OF WEATHER CONDITIONS AND THE EFFECTIVENESS OF BARLEY BREEDING IN THE STONY STEPPE
T.G. Golova, L.A. Ershova,
Voronezh Research Institute on Agriculture of Russian Academy of Agrarian Sciences, Russia, Voronegh region, Talovsky district, Institute named after Docuchaev, 2
Summary. In conditions of the South-East of the Central Black Soil region the increase of temperature and decrease of precipitation during the vegetation period of spring barley is marked, that leads to reduction of yield and its stability over the years. Analysis of decadal temperature regime of Stone Steppe (Voronezh Research Institute on Agriculture) for the period 1968-2014 indicates the increase its averages in April and May from 1,5...2,.4 to 3,2-4,1C°, the coefficient of lineral regression is 0,25*. Negative correlation (r=- 0,41*,-0,44*,-0,44*) between the temperature regime of May and the harvesting of grain, plant height, the weight of 1000 grains was indicated. Results of barley breeding in low moisture conditions on ordinary black soil at Voronezh Research Institute on Agriculture are showed. For the period of barley breeding 17 varieties were created, 4 of them were accepted: Dokuchaevskie 1, Olympian, Talovskie 34 and Talovskie 9. Conditions of vegetation period of 2003-2013 compared with the terms of 1980-1989 years led to the reduction of yield by 12,1.14,8 quintal -ha, the number of productive stems from 1 sq. m - 138.180 pcs, the weight of 1000 seeds - 2,6.4,5 g, the height of the plants -19,8.26,6 cm. The high formation stability of the following indicators: the number and mass of grains per ear, the length of the period of the emergence-heading is noticed. The selection on them can be quite effective under condition of preservation of a productive stalks cleaning. One of the main directions of selection work with barley in modern conditions of Stone Steppe must be the increase of heat resistance and adaptive potential of new varieties. Keywords: meteorological conditions, breeding process, spring barley, productivity.
