CC BY
30
УДК 633:631
создание высокопродуктивных сортов ячменя восточно-сибирской селекции в условиях глобального изменения климата
Н.А. СУРИН, академик РАН, зам. директора Н.Е. ЛЯХОВА, зав. лабораторией С.А. ГЕРАСИМОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
А.Г. ЛИПШИН, старший научный сотрудник Красноярский НИИ сельского хозяйства Россель-хозакадемии, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, д. 66
E-mail: krasniish@yandex.ru
Резюме. В статье отражены основные достижения и результаты селекционной работы по яровому ячменю в Красноярском НИИ сельского хозяйства. В задачу исследования входил анализ влияния погодных условий на урожайность ячменя конкурсного сортоиспытания. Комплексная оценка сортов и селекционных линий в 2011-2013 гг. позволила выделить 8 высокопродуктивных образцов раннеспелого и среднеспелого типа красноярской селекции: Абалак, Буян, Оленек, Т-65-3189, Т-66-3194, У-27-3593, У-30-3624, У-49-3795, представляющие интерес для производства в условиях меняющегося климата Среднесибирского региона. Формирование урожайности во влажные годы происходило под влиянием разных элементов: в 2011 г. в связи с изменением числа всходов (r=0,796±0,010) и растений перед уборкой (r=0,551±0,0107); в 2013 г. - густоты стояния растений перед уборкой (r=0,409±0,020), продуктивного стеблестоя (r=0,277±0,020), числа зерен главного колоса (r=0,401±0,020), массы 1000 семян (r=0,397±0,020) и удельной ценотической продуктивности (r=0,747±0,020). В засушливом 2012 г. таких эффектов не установлено. Ведущие признаки элементов структуры урожая культуры, которые могут быть положены в основу для отбора при селекции на урожайность: повышенная синхронная кустистость, масса зерна с одного растения и удельная ценотическая продуктивность. Дальнейшее развитие селекционной программы с яровым ячменем в условиях глобального изменения климата Восточной Сибири, в том числе Красноярского края, будет сосредоточено на повышении устойчивости к болезням и вредителям, засухе, кислотности почв, полеганию, улучшении отзывчивости на высокие агротехнические фоны и, как следствие, увеличении урожайности и качества зерна. Ключевые слова: ячмень, урожайность, Восточная Сибирь, климат, селекция, конкурсное сортоиспытание, сопряженность.
При этом важно отметить, что в годы со сравнительно сходными условиями по влагообеспечен-ности и температурному режиму средняя урожайность увеличилась с 7,7...8,4 ц/га в 1945-1960 гг. до 22,0 ц/га - в 2000-2010 гг. Вполне естественно, что такой рост связан с повышением общей культуры земледелия, использованием повышенных доз удобрений и интегрированной системы защиты растений от болезней и вредителей.
Важный показатель роста урожайности - новые, более продуктивные сорта. Прогресс в этой сфере можно проиллюстрировать на примере сравнительной оценки стародавних и современных сортообразцов зернофуражных культур, проведенной кафедрой растениеводства Красноярского ГАУ (табл. 1).
Основной задачей селекции ячменя в Восточной Сибири в XXI веке было и остается создание раннеспелых сортов. Вместе с тем, скороспелые генотипы уступают по урожайности сортобразцам с более продолжительным вегетационным периодом. На сегодняшний день в связи с общим повышением культуры земледелия и заметным изменением климата возрастает потребность в сортах ярового ячменя интенсивного типа. Сложность решения этой проблемы связана с коротким вегетационным периодом, периодическими проявлениями засух, неравномерным выпадением осадков в период вегетации растений. В связи с этим важная задача - по-
Анализ трендов погодных условий Среднесибирского региона за 76 лет (с 1935 по 2010 гг.) выявил, что в последние 20 лет наблюдается постепенное повышение среднегодовой температуры воздуха и увеличение количестваосадков (см. рисунок).
Рисунок. Среднегодовые отклонения температуры воздуха (а) и количества осадков (б), осредненные по территории Среднесибирского региона с 1935 по 2010 гг.
Таблица 1. Урожайность стародавних и современных сортов ячменя и овса в сравнительных испытаниях (1993-2003 гг.), ц/га
Сорт Год районирования Предшественник
зерновой\ паровой
Овес
Золотой дождь 1940 23,7 45,4
Таежник 1979 23,2 47,7
Орел 1954 24,3 43,9
Саян 1994 27,7 51,6
Ячмень
Червонец 1940 15,9 33,8
Агул 1978 19,7 41,1
Винер 1941 18,6 40,3
Красноярский 80 1986 27,8 46,3
Кедр 1988 29,1 49,2
вышение урожайности и устойчивости сортов ячменя к неблагоприятным экологическим факторам [1]. Еще одно серьезное препятствие для получения высоких и стабильных урожаев - наличие в регионе контрастных почвенно-климатическихусловий и размещение посевов на склоновых землях [2]. Кроме того, к числу неблагоприятных явлений погоды в условиях глобального изменения климата относят ливневые дожди, сопровождаемые шквальными ветрами, что приводит к сильному полеганию хлебов [3]. В то же время, несмотря на сложность природных факторов, в Восточно-Сибирском регионе в последние годы урожайность достигала 24...26 ц/га.
Цель наших исследований - комплексная оценка высокопродуктивного селекционного материала ячменя на последних этапах селекции для возделывания в Восточно-Сибирском регионе.
Условия, материалы и методы. В 2011-2013 гг. проведена оценка 72 селекционных номеров Красноярского НИИ сельского хозяйства, изучаемых в конкурсном сортоиспытании, из которых выделено 8 высокопродуктивных образцов среднеспелого типа.
Метеоусловия в годы исследований были различными. Например, 2011 и 2013 гг. характеризовались как избыточно влажные с суммой активных температур
(24,9 мг/100 г почвы, по Кирсанову), средним - азота (8.10 мг/100 г почвы) и нейтральной реакцией почвенного раствора (6,2 ед. рН).
Посев осуществляли на площади 39,6 м2 с нормой высева 5,5 млн всхожих зерен на 1 га, повторность четырехкратная. Стандарт - сорт ячменя Ача. Метод сравнения - парный. Учеты и наблюдения проводили согласно методическим указаниям по государственному сортоиспытанию сельскохозяйственных культур, статистическую обработку экспериментальных данных - по Б.А. Доспехову.
В ходе исследований определяли продолжительность вегетационного периода, число всходов, продуктивный стеблестой, число растений перед уборкой, общую и продуктивную кустистость, число зерен главного колоса, массу 1000 зерен, массу зерна с одного растения, удельную ценотическую продуктивность, урожайность.
результаты и обсуждение. По продолжительности вегетационного периода изучаемые образцы конкурсного сортоиспытания были отнесены в основном к среднеспелому типу - 78.82 дн. вегетации и созревали позднее стандартного сорта Ача на 2.4 дн. Следует отметить, что в 2013 г. вегетационный период был более продолжительным, чем в 2011 г., в среднем на 10 дн. Это связанно с пониженным температурным режимом и обилием осадков в 2013 г. Так, сумма активных температур за вегетационный период 2013 г. составила 1592 °С, при норме 1650 °С, а в 2011 г. она превысила 1800 °С.
В селекционном процессе большое значение отводится урожайности и ее структурным элементам. Важную роль в формировании продуктивности играет количество всходов на единице площади. Особенно это проявлялось во влажные годы (г=0,796±0,010). В засушливом 2012 г. такой связи не наблюдали (г=0,045±0,020). Наибольшее число всходов за 3 года отмечено у сортов Буян, Абалак и селекционной линии У-30-3624 - 398, 450 и 434 шт./м2, соответственно (табл. 2).
Таблица 2. Характеристика высокоурожайных сортов ячменя Красноярской селекции по числу всходов и растений перед уборкой, (результаты конкурсного сортоиспытания в среднем за 2011-2013 гг.), шт./м2
Образец Разновидность Происхождение Число всходов Число растений перед уборкой
Ача (стандарт) nutans ((ПарагонхКристина)х(ДжетхОбской)х(Ново-
сибирский 1хВинер)) 386 358
Абалак nutans У-53-8515хСа 46925 (Дания) 450 381
Буян nutans ^pxJo 1345 398 328
Оленек nutans У-101-1112хАча 364 319
Т 65-3189 nutans АчахБахус 382 348
Т 66-3194 nutans ПриазовскийхУ-20-706 367 330
У 49-3795 nutans АчахЖайлау 385 237
У 27-3593 nutans У-20-706хАсем 378 353
У 30-3624 nutans 0скарху-20-706 434 405
НСР05 56 69
1821 и 1592 °С, количеством выпавших осадков - 300 и 359 мм, при ГТК - 1,64 и 2,3, соответственно. В 2012 г. первая половина вегетации была засушливой, сумма активных температур составила 1873 °С, ГТК - 0,84 (при норме 1,11), осадков выпало 157 мм (при среднемно-голетних показателях 183 мм).
Почва опытного участка в селекционном севообороте - обыкновенный маломощный чернозем со средним содержанием гумуса (4,2%), повышенным фосфора (4,0 мг/100 г почвы, по Мачигину), высоким - калия
Во влажные 2011 и 2013 гг. выявлена довольно тесная сопряженность между урожаем и числом растений на единице площади перед уборкой (г=0,551±0,010 и 0,409±0,020 соответственно). В более засушливом 2012 г. такой связи не установлено (г=0,081±0,020). Эти данные указывают на то, что в условиях недостаточного увлажнения повышенное число растений ячменя не реализуют свои возможности при формировании урожая. В среднем за 3 года посевы сортообразцов Абалак и У-30-3624
превосходили стандарт по величине этого показателя на 23...47 раст./м2.
Многие исследователи связывают формирование высокого урожая с продуктивным кущением [1, 5, 6]. В наших опытах на ячмене такой корреляции не обнаружено. Наибольшая величина этого показателя отмечена у сорта Оленек и селекционной линии Т 653189 - 1,66 и 1,70 продуктивных стеблей на растение соответственно (табл. 3). Мы не установили тесной зависимости между числом продуктивных стеблей на 1 м2 и урожаем. Слабая положительная корреляция между величинами этих показателей отмечена только во влажном 2013 г. (г=0,277±0,020). Тем не менее, среди высокоурожайных образцов повышенным продуктивным стеблестоем характеризовались сорт Абалак - 535 шт./м2, селекционные линии Т-65-3189 -567 шт./м2 и У-30-3624 - 587 шт./м2, что свидетельствует об их способности эффективно использовать местные биоклиматические ресурсы.
сти ячменя в Восточно-Сибирском регионе - число растений перед уборкой - г=0,703±0,010 (Абалак и У-30-3624), продуктивный стеблестой - г=0,565±0,010 (Абалак, Т-65-3189 и У-30-3624), а также число всходов - г=0,347±0,020 (Абалак, Буян и У-30-3624) и масса зерна с одного растения - г=0,300±0,020 (Буян, Оленек и У-27-3593).
Число всходов определяло густоту стояния растений и положительно влияло на число растений перед уборкой (г=0,562±0,010). Кроме того, число растений перед уборкой на единице площади связанно с продуктивным кущением (г=0,392±0,020) и продуктивным стеблестоем (г=0,899±0,010). Продуктивное кущение оказывает прямое влияние на продуктивный стеблестой (г=0,722±0,010) и массу зерна с одного растения (г=0,501±0,010).
В процессе селекции выявлена целесообразность отбора растений ячменя с повышенной синхронной кустистостью (по способности удерживать оптимальный
Таблица 3. Характеристика высокоурожайных сортов ячменя Красноярской селекции по элементам продуктивности и урожайности (результаты конкурсного сортоиспытания в среднем за 2011-2013 гг.)
Образец Вегетационный период, дн. Продуктивное кущение, шт. стеблей/ растение Продуктивный стеблестой, шт/ м2 Число зерен главного колоса, шт. Масса 1000 зерен, г Масса зерна с 1 растения, г Удельная ценотическая продуктивность, кг/м3 Урожайность, ц/ га
Ача (стандарт) 78 1,50 519 17,4 42,4 1,07 0,444 32,8
Абалак 80 1,43 535 17,5 43,0 0,99 0,467 37,6
Буян 82 1,43 438 20,4 41,2 1,23 0,353 33,4
Оленек 82 1,66 510 20,4 36,5 1,24 0,382 33,5
Т 65-3189 80 1,70 567 16,6 42,4 1,03 0,449 34,0
Т 66-3194 82 1,45 468 21,1 40,5 1,14 0,453 37,4
У 49-3795 80 1,20 292 19,7 39,4 0,80 0,523 37,2
У 27-3593 82 1,40 462 22,9 39,8 1,20 0,458 36,0
У 30-3624 81 1,43 587 21,7 38,9 0,92 0,450 35,5
НСР05 - 0,27 95,0 1,5 1,9 0,4 - 2,6
Положительное влияние на продуктивность оказала озерненность главного колоса(особенно во влажные 2011 и 2013 гг.). В 2013 г. связь между ними была достоверной (г=0,401±0,020). Самое высокое число зерен в главном колосе сформировали сорта Буян и Оленек -20,4 шт., а также селекционные линии У 27-3593 -22,9 шт., Т 66-3194 - 21,1 шт. и У 30-3624 - 21,7 шт.
Выявлена средняя сопряженность между массой 1000 зерен и урожайностью (г=0,397±0,020). По величине этого показателя все высокопродуктивные сорта и селекционные линии в среднем различались незначительно, вместе с тем самым крупным зерном характеризовался сорт Абалак - 43,0 г. На уровне стандарта масса 1000 зерен отмечена у селекционной линии Т 65-3189 - 42,4 г.
Высокая продуктивность отдельного растения не свидетельствует о большом урожае, который сильнее зависит от числа растений на единице площади и от ценотического взаимодействия, то есть степени снижения продуктивности растений по мере загущения стеблестоя. Как правило, чем больше густота стояния перед уборкой, тем меньше показатели массы зерна с одного растения. В среднем за 3 года выявлена тесная сопряженность между продуктивностью одного растения и урожайностью (г=0,796±010). По величине этого показателя превосходство над стандартом (1,07 г) продемонстрировали сорта Буян - 1,23гиОленек -1,24 г, селекционная линия У 27-3593 - 1,2 г.
Результаты наших исследований свидетельствуют, что определяющие факторы повышения урожайно-
продуктивный стеблестой в посевах) и массой зерна с одного растения.
Важный селекционный показатель - удельная ценотическая продуктивность (УЦП). Это количество биомассы, накапливаемое посевом зерновых культур в единице объема ценоза. У хлебных злаков она определяется по общей биомассе делением величины биологического урожая с единицы площади на высоту посева, а по зерну - делением величины хозяйственного урожая на высоту посева и выражается в кг/м3 [4]. Поскольку продуктивный стеблестой тесно связан с удельной ценотической продуктивностью, а она, в свою очередь, тесно коррелирует с зерновой продуктивностью (г=0,947±0,010), то в селекционной практике приобретает значение отбор генотипов по УЦП. Высокими величинами этого показателя в годы исследования характеризовались такие образцы, как Абалак - 0,467 кг/м3, У 49-3795 - 0,523 кг/м3, У 273593 - 0,458 кг/м3, что подтверждает их способность формировать высокую продуктивность в различные по метеоусловиям годы.
Установленные зависимости - основа для проведения отборов при создании сортов интенсивного типа.
По содержанию белка все изучаемые образцы ячменя различались незначительно, величина этого показателя варьировала от 11 до 12,0%.
Одним из важнейших резервов повышения урожайности и качества зерна сортов интенсивного типа остается устойчивость к полеганию. Решение этой проблемы возможно, прежде всего, путем селекции. В
условиях Сибири интенсивное проявление полегания наблюдается преимущественно в период молочной спелости при выпадении осадков во второй половине вегетации, что влечет за собой большие потери урожая - до 50.70%. В процессе селекции мы создали сорта и селекционные линии устойчивые к прикорневому и стеблевому полеганию.
Среди болезней в Восточной Сибири наибольший ущерб наносят головневые инфекции, в том числе пыльная головня. Ежегодный недобор урожая от этого заболевания с учетом скрытого заражения (потери в виде плохой выполненности колоса и низкой массы 1000 зерен) составляет не менее 3%, или 25 тыс. т [5]. Сильная степень поражения ячменя головневыми болезнями в посевах связана со слабым применением химических мер борьбы с этим заболеванием, а также с генетической восприимчивостью возделываемых сортов. В наших исследованиях все высокоурожайные сортобразцы и линии продемонстрировали низкую степень поражения пыльной головней на естественном и провокационном инфекционных фонах.
По итогам многолетней селекционной работы созданы новые высокопродуктивные сорта, включенные в 2011-2013 гг. в Госреестр по Восточно-Сибирскому и другим регионам РФ, в том числе раннеспелый сорт
Абалак и среднеспелые - Буян и Оленек. По данным Государственного сортоиспытания их потенциальная урожайность составляет 62,6.74,8 ц/га (Назаровский ГСУ Красноярского края, 2011-2013 гг.).
Комплексная оценка селекционных линий позволила выделить еще более продуктивные образцы: Т 65-3189, Т 66-3194, У 27-3593, У 30-3624 и У 49-3795. Лучшие из них готовятся к передаче в Государственное сортоиспытание и могут быть использованы в дальнейшей селекции в качестве исходного материала для совершенствования отдельных элементов продуктивности.
Выводы. По итогам предшествующей селекционной работы создан генофонд высокоурожайных устойчивых к полеганию сортов ячменя. Среди них по комплексу признаков заслуживают внимания сорта Абалак, Буян и Оленек, включенные в 2011 -2013 гг. в Госреестр РФ по Сибирскому региону. Комплексная оценка новых линий на последних этапах селекционной работы позволила выделить перспективные образцы более интенсивного типа. Дальнейшее развитие селекции с культурой в условиях глобального изменения климата будет сосредоточено на повышении устойчивости к полеганию, болезням и урожайности, отзывчивости на высокие агротехнические фоны.
Литература.
1. Сурин Н.А. Адаптивный потенциал сортов зерновых культур сибирской селекции и пути его совершенствования (пшеница, ячмень, овес). Новосибирск: Краснояр. науч. - исслед. ин-т сел. хоз-ва, 2011. 708 с.
2. Бекетов А.Д., Едимеичев Ю.Ф., Бекетова О.А. История и методология адаптивно-ландшафтных и альтернативных систем земледелия. Красноярск: КрасГАУ, 2006. 236 с.
3. Давитая Ф.Ф, Гольцберг И.А., Федосеева А.П.. Агроклиматические ресурсы природных зон СССР и их использование. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1970. 350 с.
4. Биолого-экологические особенности формирования высокопродуктивных посевов хлебных злаков: селекционные аспекты/ Н.А. Ламан, Н.Н. Власова, Р.С. Поплавская, В.Н. Прохоров, Е.В. Стратилова. Минск: Известия Академии аграрных наук Республики Беларусь. 1999. № 3. С. 52 - 58.
5. Брежнев Д.Д., Трофимовская А.Я., Чепиков А.К. Проблемы селекции зерновых культур в Сибири и задачи Сибирского филиала ВИР им. Вавилова (сообщение 1)// Сиб. вестн.с.-х. науки. 1973. №4. С. 1-9.
CREATiON OF HiGHLY PRODUCTIVE BARLEY VARiETiES OF THE EAST SiBERiAN SELECTiON iN THE CONDiTiONS OF GLOBAL CLiMATE CHANGES N.A. Surin, N.E. Lyakhova, S.A. Gerasimov, A.G. Lipshin
Krasnoyarsk Research Institute on Agriculture of Russian Academy of Agrarian Sciences, Russia, Krasnoyarsk 49 city, Svobodny highway, 66
Summary. The main achievements and results of selection work on summer barley conducted in Krasnoyarsk agriculture scientific research institute are reflected in article. A task was to analyse the influence of weather conditions on productivity of barley of a competitive variety trial. Complex assessment of cultivar and selection lines in a competitive variety trial in 2011 -2013 allowed to mark out 8 highly productive samples: Abalak, Buyan, Olenyok and breeding lines T 65-3189, T 66-3194, U 27-3593, Y 303624, U 49-3795. These samples in a changing climate of Middle Siberia region are of practical interest for the production. It was shown that formation of productivity results from manifestation of different elements of efficiency - in damp years (2011) due to number of shoots r=0,796±0,010 and number of plants before harvesting r=0,551±0,010. In 2013 due to number of plants before harvesting r=0,409±0,020 and tilling capacity r=0,277±0,020, number of grains of the main ear r=0,401±0,020, mass of 1000 seeds r=0,397±0,020, specific productivity cenotic r=0,747±0,020. In the drought conditions of 2012 the individual elements of productivity had no significant influence on the yield. The reserches revealed the leading breeding structure elements of barley harvest that can be the basis for selection in breeding for yield: increased synchronous tillering, grain weight from one plant and specific cenotic productivity. Further development of the breeding program with spring barley in terms of global climate change in Eastern Siberia, including Krasnoyarsk region, will focus on improving the resistance of culture to diseases and pests, drought, acid soils, lodging, improvement the reflection to high agronomic backgrounds and, as a consequence, increase the yield and quality of grain.
Keywords: barley, productivity, Eastern Siberia, climate, selection, competitive variety trial, association.
