CC BY
44
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
1
УДК 633.11: 631.82: 519.6
ОЦЕНКА РОЛИ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В ФОРМИРОВАНИИ ЗЕРНОВОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ АГРОФИТОЦЕНОЗА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ С ПОМОЩЬЮ ФАКТОРНОГО АНАЛИЗА
Осипов Юрий Фёдорович д.б.н.
Иваницкий Ярослав Викторович соискатель
ГНУ Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени П.П.Лукьяненко Россельхозакадемии, Краснодар, Россия
В статье приводятся результаты изучения продукционного процесса озимой пшеницы при изменении агроэкологических условий в течение трёх лет исследований, среди которых предшественник, срок посева, уровень исходного плодородия, система удобрений и сорта. С помощью факторного анализа выделено пять гипотетических систем. По их факторному весу выделены отдельные сорта и годы исследований
Ключевые слова: ОЗИМАЯ ПШЕНИЦА, АГРОФИТОЦЕНОЗ, АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, ФОТОСИНТЕТИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ, СТРУКТУРА УРОЖАЯ, ЭФФЕКТИВНОЕ ПЛОДОРОДИЕ, МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ, ФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ, ГИПОТЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ФАКТОРНЫЙ ВЕС
UDK 633.11: 631.82: 519.6
VALUATION OF ROLE OF AGROECOLOGICAL CONDITIONS IN FORMING OF GRAIN PRODUCTIVITY OF AGROPHYTOCENOSIS OF WINTER WHEAT WITH THE USE OF FACTORIAL ANALYSIS
Osipov Yuriy Fedorovich Dr.Sci.Biol.
Ivanitskiy Yaroslav Viktorovich applicant for degree
Krasnodar Science research institute of agriculture of Russian Academy of agriculture science, Krasnodar, Russia
The results of study of production process of winter wheat amid of changing of agro ecological conditions such as seeding time, level of initial fertility, fertilizer system and variety throughout 3 year-research are shown in the article. Five hypotethetical systems are pointed out with the help of factorial analysis. Detached varieties and research years are pointed out in terms of their factorial influence
Keywords: WINTER WHEAT, AGROPHYTOCENOSIS, AGROECOLOGICAL CONDITIONS, PHOTOSYNTHETIC ACTIVITY, YIELD FORMULA, EFFECTIVE FERTILITY, MINERAL NUTRITION, FACTORIAL ANALYSIS, HYPOTETHETICAL SYSTEM, FACTORIAL INFLUENCE
В полевом многофакторном опыте изучали связь уровня минерального питания растений с продукционным процессом в агрофитоценозе озимой пшеницы с учётом значительного количества показателей в их динамике и взаимодействии.
Основной целью являлось исследование физиолого-ценотических параметров агрофитоценоза (АФЦ) озимой пшеницы, определяющих её зерновую продуктивность при варьировании условий внешней среды, в том числе - условий минерального питания растений. Для этого изучали уровень, варьирование и взаимодействие показателей фотосинтетической деятельности АФЦ, урожайности озимой пшеницы, химического состава
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
2
растений и показателей эффективного плодородия почвы на протяжении всего периода вегетации, на вариантах с различными дозами и видами удобрений. Таким образом в течение трёх лет (2007-2010 с.-х. гг.) на различных сортах озимой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) селекции КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко (Дока, Нота, Таня, Фортуна) изучали 44 показателя АФЦ, наиболее тесно связанных с продукционным процессом и минеральным питанием (табл. 1).
Таблица 1 - ПОКАЗАТЕЛИ АГРОФИТОЦЕНОЗА ОЗИМОИ ПШЕНИЦЫ И ИХ ВАРЬИРОВАНИЕ В УСЛОВИЯХ ОПЫТА (в среднем по всем сортам и вариантам 2007-2010 с.- х. гг.)
№ пп Показатель М ср. Пределы варьирования У,%
min тах
1 2 3 4 5 6
1 Зерновая продуктивность (ХП этап), г/м2 737 610 937 9,4
2 Густота стеблестоя (ХП этап), шт/м2 634 480 844 12,1
3 Масса 1000 зёрен (ХП этап), г 36,6 31,9 43,6 7,7
4 Кол-во зёрен в колосе (ХП этап), шт 32,3 26,0 49,0 12,7
5 Вес зерна с одного колоса (ХП этап), г 1,18 0,96 1,67 11,2
6 Содержание в листьях (VIII этап): N, % 4,43 3,76 5,05 5,6
7 P, % 0,82 0,57 1,03 11,2
8 K, % 3,34 2,33 4,53 17,0
9 Ca, % 0,79 0,47 1,24 25,1
10 S, % 0,27 0,19 0,33 13,1
11 Содержание в листьях (Х этап): N, % 3,27 1,84 4,41 21,1
12 P, % 0,54 0,28 0,88 30,0
13 K, % 2,45 1,68 3,20 15,8
14 Ca, % 1,04 0,73 1,37 18,9
15 S, % 0,27 0,18 0,37 15,8
16 Содержание в соломе (ХП этап): N, % 0,63 0,25 1,11 33,2
17 P, % 0,18 0,08 0,40 32,5
18 K, % 2,18 1,55 2,90 14,5
19 Ca, % 0,50 0,37 0,84 21,1
20 S, % 0,10 0,04 0,14 22,2
21 Содержание пигментов в листьях (УШ этап): Хл «а», мг/дм2 3,54 2,77 4,45 11,0
22 Хл «Ь», мг/дм2 1,99 1,13 2,71 25,0
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
3
23 каротиноиды, мг/дм Продол* жешет. юлииы 1 10,3
*1,8Г 1,40 2,20
1 2 3 4 5 6
24 Содержание пигментов в листьях (Х этап): Хл «а», мг/дм2 3,66 1,87 5,04 20,9
25 Хл «b», мг/дм2 2,07 0,88 3,40 27,3
26 каротиноиды, мг/дм2 1,83 1,00 2,87 21,5
27 Уровень эффективного плодородия почвы , перед уходом в зиму: N-NO3 мг/кг 23,0 18,0 25,6 15,2
28 Р2О5 мг/кг 21,8 14,5 25,8 13,8
29 К2О мг/кг 292,4 268,0 321,0 7,5
30 Са мг экв/ 100 г 21,2 20,2 22,3 4,1
31 S-SO4 мг/кг 6,29 3,00 8,30 26,5
32 Mg мг экв/ 100 г 4,30 3,60 4,70 11,0
33 Уровень эффективного плодородия почвы , после перезимовки: N-NO3 мг/кг 11,2 6,8 13,9 23,7
34 Р2О5 мг/кг 23,1 11,2 26,5 17,0
35 К2О мг/кг 287,4 250,0 326,0 9,6
36 Са мг экв/ 100 г 20,6 19,6 21,6 4,1
37 S-SO4 мг/кг 3,6 0,7 6,2 65,1
38 Mg мг экв/ 100 г 4,7 3,9 5,1 7,6
39 Уровень эффективного плодородия почвы , в период колошения N-NO3 мг/кг 10,5 7,7 14,4 19,8
40 Р2О5 мг/кг 18,5 13,3 27,5 16,5
41 К2О мг/кг 260,5 241,0 302,0 4,9
42 Са мг экв/ 100 г 20,59 19,5 21,9 4,4
43 S-SO4 мг/кг 1,9 0,20 4,0 69,5
44 —*4 Mg мг экв/ 100 г 4,41 3,4 5,3 16,2
в' слое 0-20 см
Исследования проводили в центральной зоне Краснодарского края. Предшественник - кукуруза на зерно, подсолнечник; предпосевная подготовка почвы - дисковое лущение на глубину 10-12 см. Посев проводился сеялкой СН-16 во второй половине октября. Учётная площадь делянки - 16,5 м , повторность 4-6 кратная; размещение делянок -систематически - рендомизированное. Ежегодно каждый сорт изучался на 10-11 вариантах опыта, которые включали в себя: контроль (удобрения не вносились), основное удобрение, прикорневые азотные подкормки, а также
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
4
некорневые подкормки в два срока - в фазу стеблевания (VI этап) и в период формирования зерна (Х этап органогенеза; Куперман, 1963). В качестве некорневых подкормок использовали растворы мочевины, азотнокислого и хлористого кальция, сернокислого и хлористого калия и некоторые их сочетания.
Гидротермический режим в 2007-2008 с.-х. году для озимой пшеницы был близок к оптимальному, хотя во время перезимовки наблюдалось некоторое повреждение растений морозами. Особенностями 2008-2009 с.-х. года были: очень теплая зима, холодная и затяжная весна с заморозками в апреле, и жаркое, с кратковременными дождями лето. 20092010 с.-х. год характеризовался сухой и жаркой осенью, влажной зимой с длительными оттепелями, холодным и дождливым началом весны, высокими температурами в период формирования - налива зерна озимой пшеницы.
Исходные агрохимические показатели опытного участка колебались в годы исследований и имели следующие значения (слой 0-20 см): по содержанию нитратного азота 10,3-11,9 мг/кг, подвижного фосфора 17-24 мг/кг и 259-279 мг/кг обменного калия (по Мачигину). Эффективное почвенное плодородие изучали в динамике по 6 элементам (подвижные формы N, P, K, S, Ca, Mg): осенью, до внесения основного удобрения; через 1,5 месяца после посева и внесения удобрений; рано весной (в период начала весенней вегетации) и летом (в период колошения).
Физиолого-биохимические показатели определяли на VIII, X, и XII этапах органогенеза. Содержание пигментов в листьях (хлорофиллов «а» и «в», каротиноидов) определяли по методу Милаева, Примак (1969) в модификации КНИИСХ (1998). Химический состав листьев и соломы определяли после мокрого озоления (на содержание N, P, K, Ca) по общепринятым методикам в соответствии с ГОСТ, а S - по методическим указаниям ВНИИУА им. Д.Н. Прянишникова (2004 г.)
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
5
Зерновую продуктивность АФЦ и показатели структуры урожая определяли в фазу полной спелости путём отбора снопов с учётных делянок (в 8-10 кратной повторности) и дальнейшего их анализа.
Структура урожайности включала в себя густоту продуктивного стеблестоя (число колосьев), массу 1000 зёрен, количество зёрен в одном колосе, вес зерна из одного колоса.
Для математической обработки всей совокупности экспериментальных данных был использован метод системного (факторного) анализа, который позволяет одновременно оценить дисперсию большого числа признаков, их информативность, взаимосвязь и по «факторным нагрузкам» выделить наиболее значимые системы (гипотетические факторы), с которыми связана основная доля дисперсии изучавшихся показателей. При этом, система признаков, объединенных в ходе вычислений в один гипотетический фактор, отличается глубоким внутренним взаимодействием входящих в нее показателей и существенной независимостью от других систем. Признаки, связанные между собой обратной зависимостью, компенсируя изменения уровней друг друга, представляют собой системы, обладающие свойством авторегуляции своей эффективности [1,2].
Кроме того, факторный анализ позволяет по величине «факторного веса» гипотетической системы оценить сорто-годо-варианты, а по усреднённым значениям факторных весов - сорта и годы исследований.
Исследование дисперсии изучавшихся признаков АФЦ в условиях опыта (см. табл. 1) показало, что большинство из них обладали средней или значительной изменчивостью; наименьший коэффициент вариации наблюдался у такого показателя, как содержание кальция в почве (4,14,4%), наибольшим варьированием отличалось содержание подвижной серы в почве (26,5-69,5%).
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
6
Факторный анализ всей совокупности изучавшихся признаков АФЦ позволил выделить пять гипотетических факторов (систем), которые в сумме на 85% определяли их дисперсию (табл. 2).
Таблица 2 - ГИПОТЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ (ФАКТОРЫ), ВЫДЕЛЕННЫЕ НА ОСНОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ФАКТОРНОГО АНАЛИЗА И ИХ ЗНАЧИМОСТЬ
Наименование гипотетической системы (фактора) Основные признаки, коррелирующие с фактором Фактор -ная нагрузка, (r) Доля влияния фактора, %
1 2 3 4
«Фотосинтетическая система АФЦ в период колошения озимой пшеницы в связи с содержанием элементов минерального питания в почве в ранневесенний период (февраль-март)» Содержание в листьях хлорофилла «а» 0,76 35
каротиноидов 0,78
хлорофилла «b» - 0,91
Содержание в почве : N 0,96
К 0,80
Са 0,81
S 0,96
Mg - 0,81
«Продуктивность колоса озимой пшеницы в связи с содержанием в ючве в осенний период N,P,S, а также в связи с повышенной реутилизацией и оттоком N, Р, К из листьев в период налива зерна» Кол-во зёрен в колосе 0,57 25
Вес зерна из 1 колоса 0,52
Содержание в почве : N 0,74
Р 0,64
S 0,79
Содержание в листьях: N - 0,70
Р - 0,83
К - 0,65
«Низкая масса 1000 зёрен в связи с неэффективной реутилизацией питательных элементов в период налива зерна и повышенной густотой стеблестоя» Масса 1000 зёрен - 0,52 11
Содержание в соломе: N 0,62
P 0,67
K 0,40
Ca 0,57
S 0,67
Г устота стеблестоя 0,40
«Озернённость колоса в связи с содержанием серы в листьях на VIII этапе и пониженной густотой стеблестоя АФЦ» Кол-во зёрен в колосе 0,74 8
Вес зерна из 1 колоса 0,57
Содержание в листьях S 0,86
Г устота стеблестоя - 0,67
«Урожайность в связи с густотой продуктивного стеблестоя, содержанием фосфора и серы в почве и высокой степенью реутилизации метаболитов в период налива зерна» Зерновая продуктивность 0,53 6
Содержание фосфора в почве: в декабре 0,44
в феврале-марте 0,45
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года 7
Продолжение таблицы 2
1 2 3 4
в апреле 0,41
Содержание серы в почве в декабре 0,40
Г устота стеблестоя 0,45
Содержание в листьях хлорофилла «а» - 0,38
Содержание в листьях S - 0,41
Содержание в соломе Са - 0,44
ИТОГО 85
Наиболее существенной стороной продукционного процесса является фотосинтетическая деятельность растений. Поэтому закономерно, что первой наиболее значимой системой оказалась «Фотосинтезирующая система АФЦ в связи с содержанием и соотношением элементов минерального питания в почве» Анализ этой системы показывает, что концентрация пигментов в листовом аппарате озимой пшеницы в период колошения тесно связана с уровнем эффективного плодородия почвы (по 5 элементам: N, K, S, Ca, Mg) в весенний период (см. табл. 2)
Наиболее высокие значения факторного веса данной системы оказались у сорта Фортуна в 2008-2009 с.-х. году на вариантах с применением некорневых подкормок на VI этапе азотом с калием, азотом с серой и азотом с кальцием ( max = 1.079). Самый низкий факторный вес отмечен у сорта Нота в 2009-2010 с.-х. году, где применяли только основное удобрение (min = -1.424). По средним значениям факторного веса данной системы в 2007-2008 с.-х. году выделились сорта Дока и Фортуна, а в 2008-2010 с.-х. годах - сорта Таня и Фортуна. Таким образом, в целом самый большой факторный вес первой системы наблюдается у сорта Фортуна, а среди годов исследований лучшими были 2007-2008 и 20082009 с.-х. года (табл. 3).
Второй фактор - «Продуктивность колоса озимой пшеницы в связи с содержанием в почве в осенний период N,P,S, а также в связи с повышенной реутилизацией и оттоком N, Р, К из листьев в период налива
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
8
зерна» отражает прямую связь массы зерна из колоса с уровнем минерального питания растений озимой пшеницы в осенний период и, в тоже время, обратную - с содержанием в листьях питательных элементов в период налива зерна, что можно интерпретировать, как показатель эффективной реутилизации метаболитов из листьев.
Таблица 3 - СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ФАКТОРНЫХ ВЕСОВ, РАССЧИТАННЫЕ ПО ДАННЫМ ФАКТОРНОГО АНАЛИЗА
Фактор Сорт Годы исследований В среднем по сорту
2007 - 2008 2008 -2009 2009 - 2010
1 Дока 0,834 - - -
Нота - 0,672 -1,278 - 0,430
Таня 0,715 0,826 -1,205 - 0,008
Фортуна 0,801 0,909 -1,176 0,055
За год 0,783 0,802 - 1,220
2 Дока 1,387 - - -
Нота - -1,542 -0,360 -0,874
Таня 1,102 -0,982 0,126 0,086
Фортуна 1,208 -1,149 0,214 0,102
За год 1,232 -1,224 -0,007
3 Дока -0,198 - - -
Нота - -0,477 -0,413 -0,441
Таня -0,586 -0,207 -0,709 -0,520
Фортуна 0,291 0,974 1,278 0,887
За год -0,164 0,097 0,052
4 Дока 0,053 - - -
Нота - 1,437 1,037 1,125
Таня 0,041 -1,550 -0,789 -0,768
Фортуна 0,664 -0,549 -0,322 -0,092
За год 0,253 -0,221 -0,025
5 Дока 0,233 - - -
Нота - 0,278 0,428 0,363
Таня 0,550 0,571 0,463 0,522
Фортуна -0,754 -0,872 -0,897 -0,846
За год 0,010 -0,008 -0,002
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
9
Максимальные значения факторного веса второй системы отмечаются у сорта Дока (2007-2008 с.-х. г.) на вариантах с применением некорневых подкормок на фоне основного удобрения (max = 1,639). Минимальный факторный вес этой системы наблюдается у сорта Нота (2008-2009 с.-х. г.) на вариантах с основным внесением удобрений и применением подкормок (min = -1,888). Среди сортов наиболее значительный
факторный вес имеет сорт Фортуна, а в среднем за годы исследований выделяется 2007-2008 с.-х. год (см. табл. 3).
Третья система - «Низкая масса 1000 зёрен в связи с неэффективной реутилизацией питательных элементов в период налива зерна и повышенной густотой стеблестоя» отражает связь массы 1000 зёрен с оттоком метаболитов из стебля в зерно в период созревания и возможной конкуренцией в посеве при его загущении. Поскольку факторная нагрузка наиболее значимого признака (масса 1000 зёрен) имеет отрицательное значение, что отражено и интерпретации самого фактора, лучшими являются варианты с наиболее низким (отрицательным) факторным весом. Самые низкие значения наблюдались в 2008-2010 с.-х. годах у сортов Таня и Нота на контрольных вариантах, без удобрений (min = -3.501), а самые высокие - у сорта Фортуна (2009-2010 с.-х. г.) при повышенном уровне минерального питания. Это согласуется с результатами наших исследований, где пониженная масса 1000 семян наблюдалась на удобренных вариантах с высокой густотой продуктивного стеблестоя, а повышенная - на контрольных вариантах с низкой густотой стеблестоя. В среднем за годы исследований, минимальный факторный вес третей гипотетической системы выявлен у сорта Таня, и, по тому же показателю, выделяется 2007-2008 с.-х. год.
Четвёртая система интересна тем, что, с одной стороны, показывает существенную и положительную связь озернённости колоса с содержанием серы в листьях растений в период колошения, а с другой -
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 года
10
отрицательную, с густотой стеблестоя АФЦ. Наибольшим факторным весом данной системы в 2007-2008 с.-х. году отличается сорт Фортуна, а в 2008-2010 с.-х. годах - сорт Нота.
И наконец, пятая система логически отражает связь зерновой продуктивности посева с содержанием фосфора и серы в почве, густотой продуктивного стеблестоя и уровнем реутилизации метаболитов в период налива зерна. Максимальными значением факторного веса этой системы в годы исследований выделялся сорт Таня, который, в нашем опыте, ежегодно давал высокие урожаи при различных погодных условиях.
Таким образом, факторный анализ позволил нам выделить пять автокомпенсаторных систем, которые в сумме на 85% определяют дисперсию 44 изучавшихся нами показателей АФЦ. Системный анализ показал, насколько тесно продукционный процесс связан с
фотосинтетической деятельностью растений, уровнем минерального питания (включая макроэлементы N, P, K, S, Ca, Mg) на протяжении всей вегетации, оптимальной густотой стеблестоя и, что очень важно, с уровнем реутилизации метаболитов в период формирования и налива зерна.
По факторному весу систем были выделены сорта и годы исследований. Установлена значительная сортоспецифичность в различных агроэкологических условиях. По данным факторного анализа выделился 2007-2008 с.-х. год, который по гидротермическому режиму был близок к оптимальному.
Литература:
1. Лиепа, И. Я. Математические методы в биологических исследованиях. Факторный и компонентный анализы / И. Я. Лиепа.- Рига, 1980.- 126 с.
2. Фадеева, О.И. Физиологическая оценка продуктивности сортов озимой
пшеницы с использованием факторного анализа / О.И.Фадеева, Ю.Ф.Осипов, В.В.Коноваленко, Л.М.Лопатина, Ф.А.Колесников, А.Т.Казарцева //
Сельскохозяйственная биология.- 1984.- № 6.- С.47-52.
http://ej.kubagro.ru/2011/04/pdf/15.pdf
