CC BY
31
ш
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛ ЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
УДК 633.13:631.559:631.527.5 DOI: 10.24411/2587-6740-2019-14064
ОСОБЕННОСТИ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА У СОРТОВ ОВСА ПОСЕВНОГО (AVENA SATIVA L.) В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ
Л.В. Петрова,
ФГБНУ «Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени М.Г. Сафронова», Республика Саха (Якутия), г. Якутск, Россия
В статье приведены результаты исследований 2011-2017 гг. по особенностям вегетационного периода и его связи с урожайностью зерна у разных сортов овса посевного, возделываемых в условиях мерзлотных почв Центральной Якутии. Цель исследования — выявить особенности длины вегетационного периода у сортов овса посевного, возделываемых в условиях Центральной Якутии и ее связь с урожайностью зерна. Овес посевной (Avena sativa L.) — одна из ведущих зернофуражных культур, используемых на кормовые цели в зоне многолетней мерзлоты Центральной Якутии. Полевые исследования в питомниках конкурсного сортоиспытания проводили в 2011-2017 гг. на мерзлотных таежно-палевых почвах Хангаласского улуса Центральной Якутии. Установлено, что основная роль в общем фенотипическом варьировании длины вегетационного периода в условиях Центральной Якутии принадлежит условиям вегетации — 63,9%% и генотипа (сорта) — 28,5%% (существенно на 1%-м уровне значимости). В засушливые годы реакция длины вегетационного периода у сортов овса посевного на погодные условия носила более неспецифический характер, чем в годы с высокой влагообеспеченностью. В эти годы исследований связь между длиной вегетационного периода, урожайностью и выходом зерна была положительной и достоверной на 1%-м уровне значимости. В условиях Якутии возникает необходимость в создании программ адаптации в растениеводческой отрасли к изменению климата, расширении научных исследований, связанных со стрессоустойчивостью, моделированием совместного действия стрессоров в лабораторных условиях. Необходимы новые инновационные подходы, учитывающие информацию о микробном сообществе того или иного места обитания (метагеномные технологии), использование современных молекулярно-биологических методов, основанных на применении транскриптомного, метаболомного и протеомного анализов растений.
Ключевые слова: овес посевной, сорта, вегетационный период, конкурсное сортоиспытание, урожайность зерна.
А.И.Степанов
Введение
Овес посевной (Avena sativa L.) в условиях Центральной Якутии является одной из ведущих зерновых культур, возделываемых как в чистом виде, так и в смеси с различными бобовыми на сено, силос, сенаж, витаминную муку [1]. Климат Центральной Якутии отличается резкой конти-нентальностью с низкими температурами зимой и высокими летом. Характерной чертой климата является продолжительное солнечное сияние в летние месяцы, а зимой минимум температур может достигать -560С. Зерновые испытывают комплексное воздействие длинного светового дня, высоких среднесуточных температур воздуха в мае и июне, недостаточного количества влаги в почве и в воздухе, резких перепадов дневных и ночных температур, весенних, летних и осенних заморозков на фоне многолетней мерзлоты [2, 3].
В связи с особенностями климата Центральной Якутии основной задачей в селекции овса посевного является создание сортов, способных в условиях чрезвычайно короткого якутского лета сформировать высокий урожай и качество зерна [4]. По мнению Н.И. Вавилова, вопрос о вегетационном периоде является одним из основных в селекции растений, так как он связан со многими свойствами [5]. С этой точки зрения необходимым является выявление связи продолжительности вегетационного периода с урожайностью зерна — важным критерием при возделывании сельскохозяйственных культур.
Цель исследования — выявить особенности длины вегетационного периода у сортов овса посевного, возделываемых в условиях Центральной Якутии и ее связь с урожайностью зерна.
Материал, условия и методика
проведения исследований
Материалом для исследований служили сорта овса посевного, адаптированные к местным условиям Якутии и включенные в Государственный реестр селекционных достижений по Восточно-Сибирскому региону: Покровский, Вилен-ский, Покровский 9 и Хибины 2. Исследования проведены в 2011-2017 гг. в Покровском подразделении Якутского НИИ сельского хозяйства, в условиях Хангаласского улуса Республики Саха (Якутия), расположенного в зоне средней тайги. Почва опытного участка — мерзлотная таежная, палевая, среднесуглинистая. Содержание гумуса в пахотном слое — 2,67%, с глубиной его содержание уменьшается до 0,44%. Содержание подвижного фосфора составляет 104,3 мг/кг почвы, обменного калия — 274 мг/кг почвы, а общего азота — варьирует от 0,12 до 0,24%.
Учетная площадь питомников конкурсного сортоиспытания 25 м2, в 4-кратной повторности с рендомизированным методом размещения. Наблюдения и учеты проведены согласно общепринятым методикам [6]. Экспериментальный материал обработан методами дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову с помощью пакета прикладных программ «SNEDECOR» [7, 8].
Результаты и обсуждение
Длина вегетационного периода у сортов овса посевного, возделываемых в условиях Якутии, варьировала за годы исследований (20112017 гг.) от 58 до 78 дней. Размах вариации R (xmax — xm¡n) в 2011-2017 гг. находился в пределах от 10 до 12 дней, а в засушливые 2012 г. и 2015 г. — от 1 до 6 дней в зависимости от сорта (табл. 1).
Таким образом, в засушливые годы реакция длины вегетационного периода у сортов овса посевного на погодные условия носила более неспецифический характер, чем в годы с высокой влагообеспеченностью. На изменение реакции продолжительности вегетационного периода от погодных условий среди дикорастущих образцов в роде Avena L. было также указано И.Г. Лоскутовым [9]. Ранее нами было отмечено, что в условиях Центральной Якутии существенное влияние на урожайность зерна овса посевного оказывает влагообеспечен-ность и генотип сорта. Причем в более засушливые годы реакция сортов по урожайности зерна в основном имела также неспецифический характер [10].
Изменение климата, связанное увеличением количества выпадающих осадков и запасов влаги в снеге в условиях Центральной Якутии, наблюдаемое в последние десятилетия, вызывает ряд негативных последствий при уборке овса посевного на зерно. Так, почти во все годы исследований, за исключением засушливых
48 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 4 (370) / 2019
www.mshj.ru
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
Ш
лет, к концу формирования зерна наблюдалось сильное израстание (подгоны), что в сильной степени осложняет уборку и снижает качество зерна. В связи с этим возникает необходимость в дополнительных технологических операциях. Это -десикация посевов овса, которая включает предуборочное подсушивание растений для
ускорения их созревания и облегчения уборки с помощью химических препаратов. Следующая операция — выдерживание растений на корню до времени наступления сильных ночных заморозков, в результате которых их стебель быстро теряет влагу и в значительной степени отходит при уборке и последующей очистке зерна.
Таблица 1
Длина вегетационного периода у сортов овса посевного в конкурсном сортоиспытании за 2011-2017 гг. в условиях Центральной Якутии
Сорт Длина вегетационного периода, дней Lim R
2011-2017 гг. 2012 г., 2015 г. 2011-2017 гг. 2012 г., 2015 г.
Покровский 9 70 66-76 67-68 10 1
Покровский 72 66-78 68-72 12 4
Виленский 69 66-76 64-68 10 4
Хибины 2 65 58-69 58-64 11 6
Примечание: Lim — лимиты, R — размах вариации (xmax — xmjJ.
Таблица 2
Вклад генотипической и средовой изменчивости в общем фенотипическом варьировании длины вегетационного периода у сортов овса посевного, возделываемого в условиях Центральной Якутии, по результатам двухфакторного дисперсионного анализа за 2011-2017 гг.
Источник изменчивости Суммы квадратов отклонений Степени свободы Средние квадраты (дисперсий) F. факт. Доля вариации, %
Общая 2536,0 111 22,847 100
Генотип (фактор А) 723,428 3 214,143 127,7* 28,5
ГТК (фактор В) 1620,0 6 270,0 143,0* 63,9
Случайные факторы 192,571 102 1,888 7,6
*Достоверно при Р<0,001.
Рис. Среднесуточная температура и осадки за вегетационный период
Коэффициенты корреляции между длиной вегетационного периода, урожайностью и выходом зерна у сортов овса посевного, возделываемого в условиях Центральной Якутии, за 2011-2017 гг.
Таблица 3
Признак 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г.
Урожайность зерна 0,03 0,25 0,09 -0,08 0,64* 0,29 0,28
Выход зерна -0,12 0,59* 0,55 -0,02 0,63* 0,33 -0,21
Примечание: * — Р<0,001.
Результаты двухфакторного дисперсионного анализа данных конкурсного сортоиспытания показали, что основная роль в общем феноти-пическом варьировании длины вегетационного периода принадлежит условиям вегетации — 63,9%. Тем не менее, влияние генотипа (сорта) также было существенно на 1%-м уровне значимости — 28,5%. Случайная изменчивость была незначительной — 7,6% (табл. 2).
Анализ сопряженности между длиной вегетационного периода, урожайностью и выходом зерна показывает, что в особо засушливый 2015 г. (сумма осадков за вегетационный период 164,5 мм) связь была положительной и достоверной на 1%-м уровне значимости (рис., табл. 3). Такая же тенденция наблюдалась и в 2012 г. с низкой суммой осадков за вегетационный период — 230,3 мм. Разница среднесуточных температур воздуха за период вегетации растений овса посевного в годы исследований была незначительной (рис.).
Последствия изменения климата в России, в том числе и в Якутии, оказывают наиболее существенное влияние именно на сельское хозяйство, которое в значительной степени зависит от погодных и климатических условий. Это предполагает создание программ адаптации сельского хозяйства к изменениям климата. В растениеводстве программы должны включать научные исследования по повышению стрессоустойчивости растений за счет изменения видового состава возделываемых растений, новых сортов, технологий, средств защиты и других мер [11].
В исследованиях последних десятилетий было обнаружено, что реакция растений на воздействие двух или более стрессоров является уникальной и не может быть экстраполирована на реакцию растений к отдельному стрессору. В ответных реакциях растений на повреждающие факторы выделяют элементы специфической и неспецифической устойчивости. Однако до сих пор нет единой точки зрения о том, носит ли комплекс адаптивных реакций, протекающих в растении при воздействии неблагоприятных факторов, неспецифический характер [12, 13]. Важной задачей на современном этапе в условиях изменения климата является выявление наиболее стресс-толерантных для конкретных почвенно-климатических условий видов, сортов сельскохозяйственных культур. В данном случае под толерантностью сельскохозяйственных культур можно понимать способность популяций, сортов, растений переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды без резкого снижения их урожайности [14, 15].
Выводы
Основная роль в общем фенотипическом варьировании длины вегетационного периода в условиях Центральной Якутии принадлежит условиям вегетации — 63,9% и генотипа (сорта) — 28,5% (существенно на 1%-м уровне значимости).
В засушливые годы реакция длины вегетационного периода у сортов овса посевного на погодные условия носила более неспецифический характер, чем в годы с высокой влаго-обеспеченностью. В эти годы исследований связь между длиной вегетационного периода, урожайностью и выходом зерна была положительной и достоверной на 1%-м уровне значимости.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 4 (370) / 2019
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
В условиях Якутии возникает необходимость в создании программ адаптации в растениеводческой отрасли к изменению климата, расширении научных исследований, связанных со стрессоустойчивостью, моделированием совместного действия стрессоров в лабораторных условиях. Необходимы новые инновационные подходы, учитывающие информацию о микробном сообществе того или иного места обитания (метагеномные технологии), использование современных молекулярно-биологических методов, основанных на применении транскриптом-ного, метаболомного и протеомного анализов растений.
Литература
1. Дьяконов И.Г. Агроклиматические ресурсы Якутской АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 8 с.
2. Гаврилова М.К. Климат Центральной Якутии. Якутск, 1973. 118 с.
3. Иванов Б.И., Львова М.П., Анисимова К.А., Иванов А.С. Хлебные злаки в Якутии. Якутск, Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1985. 164 с.
4. Петрова Л.В. Селекция овса в условиях Якутии: монография / ФГБНУ «Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. М.Г. Сафронова». Новосибирск, 2018. 135 с.
5. Вавилов Н.И. Теоретические основы селекции. М.: Наука, 1987. 511 с.
6. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 1. М.: Колос, 1971. 239 с.
7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1978. 347 с.
8. Сорокин ОД. Прикладная статистика на компьютере. Новосибирск, 2004. 162 с.
9. Лоскутов И.Г. Овес (Avena L.). Распространение, систематика, эволюция и селекционная ценность. СПб.: ГНЦ РФ ВИР, 2007. 336 с.
10. Петрова Л.В., Осипова Г.М. Влияние влагообе-спеченности на урожайность зерна разных сортов овса
посевного (Avena sativa L.) в условиях Центральной Якутии // Международный сельскохозяйственный журнал. 2019. № 1 (367). С. 43-45.
11. Гурова Т.А., Осипова Г.М. Проблема сопряженной стрессоустойчивости растений при изменении климата в Сибири // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2018. Т. 48. № 2. C. 81-92.
12. Генкель П.А. О сопряженной и конвергентной устойчивости растений // Физиология растений. 1979. Т. 26. Вып. 5. С. 921-929.
13. Suzuki N., Rivero R.M., Shulaev V., Blumwald E., Mittler R. Abiotic and biotic stress combinations. New Phytolo-gist. 2014. Vol. 203. No 1. Pp. 332-433.
14. Kashevarov N.I., Osipova G.M., Tyuryukov A.G. and Filippova N.I. Investigation of the characteristics of smooth bromegrass (Bromopsis inermis Leys) biological traits for cultivation under extreme environmental conditions. Russian Agricultural Sciences. 2015. Vol. 41. No 1. Pp. 14-17.
15. Mittler R., Blumwald E. Genetic engineering for modern agriculture: challenges and perspectives. The annual Review of Plant Biology. 2010. Vol. 61. Pp. 443-462.
Об авторах:
Петрова Лидия Владимировна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник группы селекции и семеноводства зерновых культур, ORCЮ: http://orcid.org/ 0000-0002-0762-716Х, pelidia@yandex.ru
| Степанов Айаал Иванович, |доктор сельскохозяйственных наук, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4563-0674, aial07@mail.ru
THE FEATURE OF THE VEGETATION PERIOD
OF VARIETIES OF OAT (AVENA SATIVA L.) UNDER CONDITIONS OF CENTRAL YAKUTIA
L.V. Petrovа, | A.I. Stepanov
Yakut scientific research institute of agriculture named after M.G. Safronov, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Russia
The article presents the results of research in 2011-2017 on the features of the vegetation period and its relationship with the grain yield in varieties of oats cultivated in the permafrost soils of the Central Yakutia. The aim of the research was to reveal the peculiarities of the length of the vegetative period of the varieties of the oat cultivated in the conditions of the Central Yakutia and its relationship with grain yield. Avena sativa L. — one of the leading grain crops used for fodder purposes in the permafrost zone of the Central Yakutia. Field studies in the nursery of competitive variety trials were carried out in 2011-2017 on the permafrost taiga-yellow soils of the Kangalasskyd district of the Central Yakutia. It was found that the main role in the overall phenotypic variation of the vegetation period in the Central Yakutia belongs to the conditions of vegetation — 63.9% and genotype (variety) — 28.5% (at 1% level of significance). In dry years, the reaction of the length of the vegetation period in oat varieties to weather conditions was more non-specific than in years with high moisture. In these years of research, the relationship between the length of the vegetation period and yield of grain was positive and significant at 1% level. In the conditions of Yakutia, there is a need to create adaptation programs in the crop industry to climate change, expand research related to stress resistance, modeling the joint action of stressors in the laboratory. New innovative approaches are needed that take into account information about the microbial community of a particular habitat (metagenomic technologies), the use of modern molecular biological methods based on the use of transcriptomic, metabolomic and proteomic analyses of plants.
Keywords: Avena sativa L., varieties, vegetation period, competitive variety trial, grain yield.
References
1. Dyakonov I.G. Agro-climatic resources of the Yakut ASSR. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1975. 8 p.
2. Gavrilova M.K. The climate of Central Yakutia. Yakutsk, 1973. 118 p.
3. Ivanov B.I., Lvova M.P., Anisimova K.A., Ivanov A.5. Cereals breadstuffs are in Yakutia. Yakutsk: SO AS USSR, 1985. 164 p.
4. Petrova L.V. Oats breeding under Yakutia' s condition: monograph. Yakut Scientific research institute of agriculture named after M.G. Safronov. Novosibirsk, 2018. 135 p.
5. VavilovN.I. Theoretical basis of the breeding. Moscow: Nauka, 1987. 511 p.
6. Methods of state variety testing of agricultural crops. Issue 1. Moscow: Kolos, 1971. 239 p.
7. Dospekhov B.A. Methodology of field experience. Moscow: Kolos, 1978. 347 p.
8. 5orokin O.D. Applied statistics on the computer. Novosibirsk, 2004. 162 p.
9. Loskutov I.G. Oat (Avena sativa L.). Distribution, taxonomy, evolution and breeding value. Saint-Petersburg: SSC RF VIR, 2007. 336 p.
10. Petrova L.V., Osipova GM. The effect of moisture on grain yield of different varieties of oat (Avena sativa L.) under conditions of Central Yakutia. Mezhdunarodnyj selskokhozya-jstvennyj zhurnal = International agricultural journal. 2019. No. 1 (367). Pp. 43-45.
11. Gurova T.A., Osipova G.M The problem of combined stress resistance of plants under climate change in Siberia. 5ibirskij vestnik selskokhozyajstvennoj nauki = Siberian herald of agricultural science. 2018. Vol. 48. No. 2. Pp. 81-92.
12. Genkel P.A. About of combined and convergent stress resistance of plants. Fiziologiya rastenij = Russian journal of plant physiology. 1979. Vol. 26. Issue 5. Pp. 921-929.
13. Suzuki N., Rivero R.M., Shulaev V., Blumwald E., Mittler R. Abiotic and biotic stress combinations. New Phytolo-gist. 2014. Vol. 203. No 1. Pp. 332-433.
14. Kashevarov N.I., Osipova G.M., Tyuryukov A.G. and Filippova N.I. Investigation of the characteristics of smooth bromegrass (Bromopsis inermis Leys) biological traits for cultivation under extreme environmental conditions. Russian Agricultural Sciences. 2015. Vol. 41. No 1. Pp. 14-17.
15. Mittler R., Blumwald E. Genetic engineering for modern agriculture: challenges and perspectives. The annual Review of Plant Biology. 2010. Vol. 61. Pp. 443-462.
About the authors:
Lidia V. Petrova, candidate of agricultural sciences, senior researcher of the group breeding and seed production cereal crops, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-0762-716X, pelidia@yandex.ru
| Ayaal I. stepanov, |doctor of agricultural sciences, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4563-0674, aial07@mail.ru
pelidia@yandex.ru
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 4 (37O) | 2Ol9
www.mshj.ru
