CC BY
36
УДК 633.13:631.559:631.527.5
DOI: 10.24411/2587-6740-2019-11011
ВЛИЯНИЕ ВЛАГООБЕСПЕЧЕННОСТИ НА УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНА РАЗНЫХ СОРТОВ ОВСА ПОСЕВНОГО (AVENA SATIVA L.) В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ
Л.В. Петрова1, Г.М. Осипова2
1ФГБНУ «Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени М.Г. Сафронова», Республика Саха (Якутия), г. Якутск
2ФГБУН «Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий» Российской академии наук, р.п. Краснообск, Новосибирская область, Россия
В статье приведены результаты семилетних исследований по влиянию влагообеспеченности на урожайность зерна разных сортов овса посевного, возделываемых в условиях мерзлотных почв Центральной Якутии. Цель исследования — выявить зависимость урожайности зерна разных сортов овса посевного от влагообеспеченности растений на примере использования гидротермического коэффициента (ГТК). 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. Наиболее лимитирующим фактором роста и развития растений овса посевного в этих условиях является соотношение тепла и влаги. В качестве количественного показателя, отражающего это соотношение, использовали ГТК. Отмечено существенное (Р<0,001) влияние на урожайность зерна овса посевного как показателей ГТК, так и генотипа сорта. Разные сорта овса посевного, возделываемые в условиях мерзлотных почв Центральной Якутии, различаются по реакции на увеличение влагообеспеченности. В более засушливые годы (ГТК = 0,32-0,68 усл. ед.) реакция сортов по урожайности зерна в основном имела неспецифический характер. При увеличении влагообеспеченности (ГТК = 0,73-1,34 усл. ед.) различие по урожайности зерна у разных сортов возрастает. Увеличение генетического разнообразия исходного материала овса посевного для создания новых сортов, обладающих комбинированной стрессоустойчивостью к изменяющимся элементам климата Центральной Якутии, является приоритетным направлением селекционных исследований.
Ключевые слова: овес посевной, сорта, влагообеспеченность, гидротермический коэффициент, конкурсное сортоиспытание, урожайность зерна.
Введение
В зоне многолетней мерзлоты Центральной Якутии из небогатого набора зернофуражных культур, возделываемых на кормовые цели, овес является одной из ведущих зернофуражных культур. Он возделывается в чистом виде, в смеси с различными бобовыми, масличными культурами, на сено, силос, сенаж, витаминную муку [1]. Его посевная площадь занимает в Республики Саха (Якутия) 52,2% от площади всех зерновых культур при средней урожайности 10,3 ц/га [2, 3].
В условиях Якутии 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 [4, 5]. Среди зерновых культур овес выделяется повышенной чувствительностью к недостатку влаги и суховеям [6]. Засушливость климата связана с тем, что мерзлотные почвы Центральной Якутии имеют малую мощность гумусового горизонта с неглубоким промачиванием и с приуроченностью основной массы корней к верхнему горизонту [7, 8].
Изменение основных климатических показателей, которое наблюдается в последние десятилетия в Центральной Якутии, требует новых подходов в аграрном освоении мерзлотных территорий. Наиболее лимитирующим фактором роста и развития растений здесь является соотношение тепла и влаги [9]. В растениеводстве к числу адаптационных мер при изменении климата можно отнести повыше-
ние стрессоустойчивости растений за счет изменения видового состава возделываемых растений, новых сортов, технологий, средств защиты растений и др. [10].
Важным количественным показателем, характеризующим влагообеспеченность в условиях Якутии, может служить гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова (ГТК), который широко используется в современной отечественной практике Гидрометслужбы и отражает соотношение тепла и влаги [11].
Цель исследования
Цель исследования заключается в выявлении зависимости урожайности зерна разных сортов овса посевного, возделываемых в Якутии, от влагообеспеченности растений на примере использования ГТК.
Материал, условия и методика
проведения исследования
Материалом для исследований служили сорта овса посевного, адаптированные к местным условиям Якутии и включенные в Государственный реестр селекционных достижений по Восточно-Сибирскому региону: Покровский, Виленский, 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. Показатель увлажнения Центральной Якутии приближается к степным и частично лесостепным районам [4, 12].
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 м/кг почвы, обменного калия — 274 м/кг почвы, а общего азота варьирует от 0,12 до 0,24%.
Учетная площадь питомников конкурсного сортоиспытания 25 м2, в четырехкратной повторности с рендомизированным методом размещения.
Показателем для оценки увлажнения был взят гидротермический коэффициент Г.Т. Се-лянинова, который определяется по формуле:
ГТК=Р / 0,1 х Т>100с,
где Т>100с — сумма средних суточных температур воздуха за период с температурами воздуха выше 100С; Р — количество осадков за тот же период [11].
Наблюдения и учеты проведены согласно общепринятым методикам [13]. Экспериментальный материал обработан методами дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову с помощью пакета прикладных программ <6ИЕ-DECOR» [14,15].
Результаты и их обсуждение
Анализ результатов по урожайности зерна овса посевного за 2011-2017 гг. показывает, что этот признак в условиях Якутии варьировал по годам исследований от 0,3 т/га в 2017 г. до 5,2 т/га в 2013 г. (табл. 1). Размах вариации И (хтах - хт|п) находился в пределах от 0,2 т/га в 2012 г. до 2,4 т/га в 2016 г. В целом по годам исследований изменчивость по урожайности семян для всех сортов была значительной и варьировала от 49,6 до 59,9%.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (367) / 2019
ш
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Таблица l
Урожайность зерна разных сортов овса посевного в конкурсном сортоиспытании за 2011-2017 гг., т/га
Сорта 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. Среднее Отклонение от st, ±
Покровский-st 2,5 1,3 4,2 3,8 3,5 2,6 0,3 2,6 0
Покровский 9 3,5 1,4 5,2 4,4 4,0 3,3 0,7 3,2 0,6
Виленский 2,6 1,4 5,2 4,9 3,6 3,9 1,1 3,2 0,6
Хибины 2 2,4 1,2 4,3 3,6 3,6 1,5 0,4 2,4 -0,2
НСР05 0,52 0,63 0,34 0,43 0,30 0,80 0,22
Рис. 1. Гидротермический коэффициент за 2011-2017 гг.
Рис. 2. Зависимость урожайности зерна сортов овса посевного от влагообеспеченности
Таблица 2
Доля влияния сорта и ГТК в общем фенотипическом варьировании урожайности зерна разных сортов овса посевного, возделываемого в условиях Якутии, по результатам двухфакторного дисперсионного анализа за 2011-2017 гг.
Источник изменчивости Суммы квадратов отклонений Степени свободы Средние квадраты (дисперсий) Fh, факт. Доля вариации, %
Общая 244,315 111 2,201 100
Сорт (фактор А) 15,875 3 5,292 50,7* 6,5
ГТК (фактор В) 209,986 6 34,998 335,5* 86,0
Взаимодействие А х В 9,692 18 0,538 5,2* 3,9
Случайные факторы 8,763 84 0,104 3,6
* Достоверно при Р<0,001.
Наиболее высокая урожайность зерна у всех исследуемых сортов овса посевного наблюдалась в 2013 г. с наиболее высоким показателем ГТК — 1,34 усл. ед. (рис. 1). По данным двухфакторного дисперсионного анализа, доля влияния ГТК на урожайность зерна у овса посевного по сравнению с генотипом сорта достаточно велика — 86,0% (табл. 2).
Тем не менее вклад генотипа (сорта) в общее варьирование урожайности по годам был значим на высоком уровне Р<0,001. Было значимо и взаимодействие А х В (сорт х ГТК).
В годы с низким ГТК (0,32-0,68 усл. ед.) реакция сортов по урожайности зерна на влаго-обеспеченность носила в основном неспецифический характер, а в годы с более высоким ГТК (0,73-1,34 усл. ед.) разница между сортами четко проявлялась (рис. 2). В первом случае размах вариации И по урожайности зерна находился в пределах 0,2-0,8 т/га, а во втором — 1,0-2,4 т/га.
Так как в последние десятилетия наблюдается увеличение количества выпадающих осадков и запасов влаги в снеге в условиях Центральной Якутии [9], следует обратить внимание на разную реакцию сортов в этом отношении и расширить исследования по изучению сортов разного эколого-географиче-
ского происхождения. По данным И.Г. Лоскуто-ва, у овса по сравнению с другими зерновыми культурами недостаточно идентифицировано генов, контролирующих важнейшие селекционные признаки [16]. Поэтому возникает необходимость использовать в селекционном процессе для гибридизации огромный потенциал дикорастущих видов, которые обладают засухо- и холодоустойчивостью и другими хозяйственно важными признаками. Задачи, стоящие перед селекцией овса в условиях неустойчивости основных элементов климата Центральной Якутии, довольно сложны. Сорт должен обладать сопряженной ответной реакцией на воздействие комплекса стрессоров, противоречивых по своему воздействию. Это — отзывчивость на улучшение условий влагообеспеченности, засухоустойчивости, холодостойкости и жаровыносливости. Он должен иметь высокую продуктивность и надежно созревать в данных условиях.
Одновременное действие различных стрессоров приводит к высокой степени сложности ответных реакций растений, так как они контролируются различными, а иногда и противоположными сигнальными путями, которые могут взаимодействовать или ингибиро-вать друг друга [17, 18].
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 1 (367) / 2019
В любом случае, создание новых сортов, устойчивых к неблагоприятным факторам при изменении климата в условиях наличия многолетней мерзлоты, должно быть тесно увязано с разработкой сортовой технологии. Так, по данным Х.И. Максимовой и др., при возделывании овса посевного в условиях Центральной Якутии ресурсосберегающая технология обработки мерзлотных почв способствует сохранению продуктивной влаги и улучшению агрофизических свойств почвы [19].
Выводы
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
В условиях Центральной Якутии отмечено существенное (Р<0,001) влияние на урожайность зерна овса посевного как показателей ГТК, так и генотипа сорта.
Разные сорта овса посевного, возделываемые в условиях мерзлотных почв Центральной Якутии, различаются по реакции на увеличение влагообеспеченности. В более засушливые годы (ГТК = 0,32-0,68 усл. ед.) реакция сортов по урожайности зерна в основном имела неспецифический характер. При увеличении влагообеспе-ченности (ГТК = 0,73-1,34 усл. ед.) различие по урожайности зерна у разных сортов возрастает.
www.mshj.ru
Увеличение генетического разнообразия исходного материала овса посевного для создания новых сортов, обладающих комбинированной (сопряженной) стрессоустойчивостью к изменяющимся элементам климата Центральной Якутии, является приоритетным направлением селекционных исследований.
Литература
1. Дьяконов И.Г. Агроклиматические ресурсы Якутской АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 8 с.
2. Россия в цифрах. 2018: краткий статистический сборник / Росстат. М., 2018. С. 260-264.
3. Статистический ежегодник Республики Саха (Якутия) в цифрах: статистический сборник / Федеральная служба государственной статистики; ТО ФСГС по РС (Я). Якутск, 2018. С. 109-110.
4. Гаврилова М.К. Климат Центральной Якутии. Якутск, 1973. 118 с.
5. 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.
6. Баталова Г.А. Некоторые аспекты устойчивости к лимитирующим факторам в селекции овса // Зернобобовые и крупяные культуры. 2013. № 2(6). С. 52-58.
7. Иванов Б.И., Иванова А.Д. Мерзлотное растениеводство (на примере Центральной Якутии): учебное пособие. Якутск: Сфера, 2012. 460 с.
8. Батыев Х.А. Гумус мерзлотных почв // Генезис и мелиорация почв Якутии: сборник научных трудов. Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1991. С. 74-83.
9. Иванов Б.И. Влияние изменения климата на экологическую устойчивость агроценозов // Глобальные изменения климата и прогноз рисков в сельском хозяйстве России / под ред. А.Л. Иванова, В.И. Кирю-шина. М.: Россельхозакадемия, 2009. С. 332-342.
10. Гурова Т.А., Осипова Г.М. Проблема сопряженной стрессоустойчивости растений при изменении климата в Сибири // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2018. Т. 48. № 2. С. 81-92.
11. Селянинов Г.Т. О сельскохозяйственной оценке климата // Труды по сельскохозяйственной метеорологии. 1928. Вып. 20. С. 165-177.
12. Шашко Д.И. Климатические условия земледелия Центральной Якутия. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 264 с.
13. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Вып. 1. М.: Колос, 1971. 239 с.
14. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1978. 347 с.
15. Сорокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере. Новосибирск, 2004. 162 с.
16. Лоскутов И.Г. Овес (Avena L.). Распространение, систематика, эволюция и селекционная ценность. СПб.: ГНЦ РФ ВИР, 2007. 336 с.
17. Генкель П.А. О сопряженной и конвергентной устойчивости растений // Физиология растений. 1979. Т. 26. Вып. 5. С. 921-929.
18. Abiotic and biotic stress combinations. Suzuki N., Rivero R.M., Shulaev V., Blumwald E., Mittler R. New Phytologist. 2014. Vol. 203. No. 1. Pp. 332-433.
19. Максимова Х.И, Петров А.А., Николаева В.С., Лукин В.Н. Влагообеспеченность овса при разных способах обработки почвы и орошении на мерзлотных почвах Якутии // Международный сельскохозяйственный журнал. 2018. № 5(365). С.66-69.
Об авторах:
Петрова Лидия Владимировна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории селекции и семеноводства зерновых культур, (ЖЮ: http://orcid.org/0000-0002-0762-716X, [email protected]
Осипова Галина Михайловна, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3838-2422, [email protected]
THE EFFECT OF MOISTURE ON GRAIN YIELD OF DIFFERENT VARIETIES OF OAT (AVENA SATIVA L.) UNDER CONDITIONS OF CENTRAL YAKUTIA
L.V. Petrova1, G.M. Osipova2
'Yakut scientific research institute of agriculture named after M.G. Safronov, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk
2Sibirien federal scientific centre of agro-bio technologies of the Russian academy of sciences, Krasnoobsk, Novosibirsk region, Russia
The article presents the results of seven years of research on the Impact of moisture on grain yield In different varieties of oats cultivated (Avena sativa L.) In the permafrost soils of the Central Yakutia. The aim of the research — to identify the dependence of grain yield in different varieties of oats cultivated in Yakutia, from the moisture of plants on the example of the use of hydrothermal coefficient (GTC). Avena sativa L. — one of the leading grain crops used for feed purposes in the permafrost zone of the Central Yakutia. Field studies in the nursery of competitive variety trials were carried out on the permafrost taiga-yellow soils of the Kangalasskyd district of the Central Yakutia in the 2011-2017 years. The most limiting factor in the growth and development of oat plants under these conditions is the ratio of heat and moisture. GTC was used as a quantitative indicator reflecting this ratio. A significant (P<0.001) effect on the grain yield of oats as indicators of the GTC, and the genotype of the variety was noted. Different varieties of oats cultivated in the permafrost soils of the Central Yakutia differ in response to an increase in water availability. In more dry years (GTC = 0.32-0.68) the reaction of varieties on grain yield was mainly non-specific. With increasing moisture (GTC = 0.73-1.34) the difference in grain yield in different varieties increases. Increasing the genetic diversity of the initial material of oats for the development of new varieties with combined stress resistance to changing elements of the climate of Yakutia is a priority area of breeding research. Keywords: oats cultivated, varieties, moisture, hydrothermal coefficient, competitive variety trial, grain yield.
References
1. DyakonovI.G. Agro-climatic resources of the Yakut ASSR. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1975. 8 p.
2. Russia in numbers. 2018: summary statistical collection. Rosstat. Moscow, 2018. Pp. 260-264.
3. Statistical yearbook of the Republic of Sakha (Yakutia) in figures. Federal state statistics service; FSGS RS (I). Yakutsk, 2018. Pp. 109-110.
4. Gavrilova M.K. The climate of the Central Yakutia. Yakutsk, 1973. 118 p.
5. Ivanov B.I., Lvova MP, Anisimova K.A., Ivanov AS. Cereals in Yakutia. Yakutsk: SO AS USSR, 1985. 164 p.
6. Batalova G.A. Some aspects of resistance to limiting factors in oats breeding. Zernobobovye i krupyanye kultu-ry = Legumes and croat crops. 2013. No. 2(6). Pp. 52-58.
7. Ivanov B.I., Ivanova A.D. Permafrost plant growing (on the example of Central Yakutia): textbook. Yakutsk: Sfera, 2012. 460 p.
8. Batyev Kh.A. Gumus permafrost-affected soils. Genesis and melioration of soils of Yakutia: proceedings of scientific works. Yakutsk: SO AS USSR, 1991. Pp. 74-83.
About the authors:
9. Ivanov B.I. The Impact of climate change on ecological sustainability of agricultural lands. Global climate change and the forecast of risks in agriculture Russia /edited by L.A. Ivanov, V.I. Kiryushin. Moscow: Russian agricultural academy, 2009. Pp. 332-342.
10. Gurova T.A., Osipova G.M. The problem of combined stress resistance of plants under climate change in Siberia. Sibirskij vestnik selskokhozyajstvennoj nauki = Siberian herald of agricultural science. 2018. Vol. 48. No. 2. Pp. 81-92.
11. Selyaninov G.T. On the agricultural assessment of climate. Trudy po selskokhozyajstvennoj meteorologii = Proceedings on agricultural meteorology. 1928. Issue 20. Pp. 165-177.
12. Shashko D.I. Climatic conditions of agriculture in Central Yakutia. Moscow: Publishing house of the USSR AS, 1961. 264 p.
13. Methods of state variety testing of agricultural crops. Moscow: Kolos, 1971. 239 p.
14. DospekhovB.A. Methodology of field experience. Moscow: Kolos, 1978. 347 p.
15. Sorokin O.D. Applied statistics on the computer. Novosibirsk, 2004. 162 p.
16. Loskutov I.G. Oat (Avena sativa L.) Distribution, taxonomy, evolution and breeding value. Saint-Petersburg: SSC RF VIR, 2007. 336 p.
17. 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.
18. Abiotic and biotic stress combinations. Suzuki N., Rivero R.M., Shulaev V., Blumwald E., Mittler R. New Phytologist. 2014. Vol. 203. No. 1. Pp. 332-433.
19. Maksimova Kh.I, Petrov A.A., Nikolaeva V.S., Lukin V.N. Moisture content of oats in different methods of soil processing and irrigation treatment on the frozen soils of Yakutia. Mezhdunarodnyj selskokhozyajstven-nyj zhurnal = International agricultural journal. 2018. No. 5(365). Pp. 66-69.
Lidia V. Petrova, candidate of agricultural sciences, senior researcher of the laboratory breeding and seed production cereal crops, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-0762-716X, [email protected]
Galina M. Osipova, doctor of agricultural sciences, chief researcher, ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3838-2422, [email protected]
- 45
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (367) / 2019
