CC BY
21
Валида Ханкиши гызы Махмудова, кандидат технических наук. Научно-исследовательский институт аэрокосмической информатики Национального аэрокосмического агентства. Азербайджанская Республика, AZ1106, г. Баку, пр. Азадлыг, 159, [email protected]
Valida Kh. Makhmudova, Candidate of Technical Sciences. Scientific and Research Institute of Aerospace Informatics of National Aerospace Agency. 159, Azadlig ave., Baku, AZ1106, Azerbaijan Republic, Valida. [email protected]
-♦-
Научная статья
УДК 633.1ПЛ«321»:631.524(470.56) doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-23-27
Высота растений и продуктивность колоса сортов яровой мягкой пшеницы в засушливых условиях Оренбургского Приуралья*
Ишен Насанович Бесалиев, Александр Леонидович Панфилов,
Ярослав Анатольевич Каравайцев, Ринат Римович Абдрашитов
Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий РАН
Аннотация. В статье рассматриваются корреляционные связи урожайности сортов яровой мягкой пшеницы с высотой растений и показателями продуктивности колоса. Приведены результаты полевых исследований за 2018 - 2020 гг. по определению высоты растений, длины колоса, числа колосков в колосе, числа зёрен в колосе и массы зерна с колоса в зависимости от климатических условий в период вегетации и приёмов основной обработки почвы. Объектами исследования были сорта оренбургской (Учитель, Оренбургская 23, Оренбургская 30), самарской (Тулайковская золотистая) и ульяновской селекции (Ульяновская 105). Установлены высокие корреляционные связи урожайности с изученными показателями, преимущество по фону безотвального рыхления зяби в сравнении со вспашкой в неблагоприятные по погодным условиям годы.
Ключевые слова: мягкая пшеница, приёмы обработки почвы, климатические условия, высота растения, показатели продуктивности колоса, корреляция, урожайность.
Для цитирования: Высота растений и продуктивность колоса сортов яровой мягкой пшеницы в засушливых условиях Оренбургского Приуралья / И.Н. Бесалиев, А.Л. Панфилов, Я.А. Каравайцев [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 23 - 27. doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-23-27.
Original article
Plant height and ear productivity of soft spring varieties wheat in arid conditions of the Orenburg Urals
Ishen N. Besaliev, Alexander L. Panfilov, Yaroslav A. Karavaitsev, Rinat R. Abdrashitov
Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences
Abstract. The article examines the correlation between the productivity of spring soft wheat varieties with plant height and performance indicators of an ear. The results of field research for 2018 -2020 are presented. by determining the height of plants, the length of the ear, the number of spikelets in the ear, the number of grains in the ear and the mass of grain from the ear, depending on the climatic conditions during the growing season and the methods of basic tillage. The objects of the study were the varieties of the Orenburg (Uchitel, Orenburgskaya 23, Orenburgskaya 30), Samara (Tulaykovskaya golden) and Ulyanovsk selection (Ulyanovskaya 105). Established high correlations of yield with the studied indicators, the advantage of the background of the unmouldboard loosening of the plow in comparison with plowing in unfavorable weather conditions.
Keywords: soft wheat, soil cultivation techniques, climatic conditions, plant height, ear productivity indicators, correlation, yield.
For citation: Plant height and ear productivity of soft spring varieties wheat in arid conditions of the Orenburg Urals / I.N. Besaliev, A.L. Panfilov, Ya.A. Karavaitsev et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 90(4): 23 - 27. (In Russ.). doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-23-27.
Потепление является основным трендом климатических изменений в последние годы. Повышение средней температуры воздуха, её максимальных значений, снижение количества осадков во время вегетации - основные состав-
ляющие этих изменений, оказывающие отрицательное влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур. При этом, как подчёркивают D.F. Weldearegay et а1. [1], отрицательное действие различных составляющих абиотического стресса
* Работа выполнена в рамках госзадания № 0761-2019-0004.
зависит от их продолжительности, интенсивности и времени. Более высокое отрицательное влияние оказывает сочетание высокой температуры и засушливости почвы со значительным снижением количества колосков яровой пшеницы (ТгШсит aestivum L.), биомассы побегов, индекса урожая. При высокой температуре отмечается ускоренное созревание и короткий жизненный цикл растения, при которых снижается накопление продуктов биосинтеза [2, 3].
В период формирования зерна особо отрицательно высокая температура сказывается на формировании зародыша [4], содержании крахмала [5], выполненности зерна [6]. Снижается качество белка при общем увеличении его количества [7].
Повышение температуры в период репродуктивной фазы приводит к снижению количества зёрен в колосе, меньшей массе зерна из-за развития стерильности пыльцы [8].
Укорачивание продолжительности фенологических фаз, в результате которого растения меньше усваивали СО2, рассматривается как один из факторов снижения продуктивности растений [9].
В целом снижение урожайности в основном обусловлено сокращением фенофаз развития растений, сочетающимся со снижением накопления ассимилятов, стерильностью пыльцы, а также биохимическими нарушениями [10].
Урожайность посевов яровой пшеницы определяется числом колосоносных растений на единице площади и продуктивностью отдельного растения.
Степень вклада различных элементов продуктивности колоса и структуры урожая в продуктивность посевов, по оценке различных авторов, определяется условиями благоприятности периода вегетации. Так, по данным М.А. Розовой и др. (2016) [11], при раннелетней засухе степень связи урожайности с массой зерна главного колоса и растения, озернённостью колоса и массой 1000 зёрен средняя и ниже (г = 0,36 - 0,54), а при длительной засухе коэффициенты связи значительно выше (г = 0,73 - 0,76). По оценке П.Н. Мальчикова [12], в благоприятные годы превалирует вклад признака - число растений на 1 м2, при засухе - число зёрен в колосе.
Для условий Среднего Поволжья продуктивность главного колоса озимой пшеницы сильно коррелировала с его озернённостью (г = 0,80 - 0,95) и с массой 1000 зёрен [13], а в Омской области связь урожайности зерна с элементами продуктивности сортов мягкой пшеницы изменялась от сильной (г = 0,71) с массой зерна в колосе, средней (г = 0,54) с массой 1000 зёрен и числом зёрен в колосе (г = 0,62) до слабой с числом колосков в колосе и длиной колоса (г = 0,21 и г = 0,12) [14]. Для засушливых
регионов Восточной Сибири урожайность мягкой пшеницы определяется увеличением массы зерна с колоса и его озернённости и высотой растений [15 - 17].
Адаптация к изменению климата должна включать как методы технологического порядка в растениеводстве (сроки сева, способы посева и нормы высева с целью правильной организации геометрии посева, орошение, удобрение, биоразнообразие систем земледелия в виде сочетания различных видов культур с учётом ландшафта и т.д.), так и методы современной селекции, биотехнологические подходы.
В задачи исследования входило изучение особенностей формирования основных показателей продуктивности колоса и высоты растений в условиях нарастания засушливости периода вегетации с целью выяснения степени отрицательного воздействия.
Материал и методы. Полевые опыты закладывались в центральной зоне Оренбургской области. Почва опытного участка - чернозём южный, среднемощный, тяжелосуглинистый; содержание гумуса 3,2 - 3,4 %; предшественник -яровая мягкая пшеница.
Изучали два варианта основной обработки почвы: вспашку плугом ПН-5-35 на глубину 23 - 25 см и безотвальное рыхление стойками СибИМЭ на глубину 25 - 27 см. Обработку почвы выполняли осенью предшествующего года. Весной проводили закрытие влаги боронами БЗСС-1,0 в два следа и предпосевную культивацию - КПС-4. Посев проводили с наступлением физической спелости почвы сеялкой СН-16. После посева делянки прикатывали кольчато-шпоровыми катками. Уборка делянок осуществлялась селекционным комбайном TERRION SR2010 в фазе полной спелости зерна.
В качестве объектов исследования использовались сорта оренбургской (Учитель, Оренбургская 23, Оренбургская 30), самарской (Тулайковская золотистая, ) и ульяновской селекции (Ульяновская 105). Погодные условия лет проведения опытов нами рассматривались как факторы исследований.
Закладку опытов выполняли по методике Б.А. Доспехова [18] в 4-кратной повторности. Для математического анализа связи урожайности с показателями продуктивности колоса использовали программу однофакторного нелинейного корреляционно-регрессионного анализа по 34 алгебраическим функциям.
Наиболее благоприятные погодные условия периода вегетации яровой пшеницы отмечались в 2017 г. В первой половине вегетации периодически выпадали осадки, температурный фон оставался невысоким, ГТК за май - 0,59 ед., за июнь - 0,66 ед., при этом в 3-й декаде мая он составлял 0,82 ед., а в 1-й декаде июня - 1,36 ед.
В остальные годы (2018 - 2020 гг.) осадков выпало значительно меньше, характер их распределения был крайне неравномерным, отмечались высокие максимальные и среднесуточные температуры воздуха. ГТК за май 2019 г. составлял 0,18 ед., за июнь 2018 - 2019 гг. 0,17 - 0,19 ед. за июль 2018 г. и 2020 г. - 0,28 ед.
Таким образом, метеоусловия периода вегетации 2017 г. можно характеризовать как благоприятные, условия 2018 и 2020 гг. отличались засушливостью второй половины вегетации (июнь - июль), в 2019 г. засушливость была характерна для всего периода вегетации.
Результаты исследования. Математический анализ связи урожайности яровой пшеницы с высотой растений и показателями продуктивности колоса позволил установить наличие высоких достоверных связей на обоих приёмах основной обработки почвы (табл. 1).
1. Корреляционные отношения связи урожайности яровой пшеницы с высотой растений и показателями продуктивности колоса
Показатель продуктивно сти Корреляционные отношения с урожайностью по приёмам основной обработки почвы
вспашка безотвальное рыхление
Высота растений, см 0,950 0,889
Длина колоса, см 0,794 0,860
Число колосков в колосе, шт. 0,950 0,909
Число зёрен в колосе, шт. 0,968 0,968
Масса зерна с колоса, г 0,964 0,973
Для условий степной зоны Оренбургского Приуралья максимальные теоретические значения рассматриваемых показателей в годы с благоприятными погодными факторами составляют соответственно по вспашке и безотвальному рыхлению: высота растений - 85,4 и 87,3 см,
длина колоса - 9,3 и 8,9 см, число колосков в колосе - 17,3 и 16,2 шт., число зёрен в колосе -31,7 и 34,0 шт., масса зерна с колоса - 1,06 и 1,30 г. В резкозасушливые годы вышеуказанные показатели снижались по высоте до 27,9 - 34,7 см, по длине колоса - до 3,7 - 4,3 см, числу колосков в колосе - до 8,1 - 8,7 шт., числу зёрен в колосе - до 3,2 - 4,9 шт., массе зерна с колоса - до 0,01 - 0,02 г, что соответствовало урожайности 1,7 - 2,0 ц с 1 га.
В благоприятный год высота растений и показатели продуктивности колоса по фонам обработки почвы существенно не различались (табл. 2).
В неблагоприятные годы отмечались различия в изменениях изучаемых показателей в зависимости от особенностей проявления засухи (табл. 3).
Формирование высоты растений в неблагоприятные по погодным условиям годы незначительно зависело от сортовой специфики и в значительной степени - от характера засушливости. При засушливости всего периода вегетации приёмы обработки почвы не влияли на данный показатель, высота растения не превышала 42,0 - 49,0 см. Наиболее отрицательно на высоту растений повлияла резкая засушливость первой половины вегетации. При нарастании температуры воздуха (на 2,2 - 2,5 °С выше нормы) с начала вегетации у яровой пшеницы подавлялись ростовые процессы, особенно на фоне вспашки, и высота растений составляла не более 31,7 - 37,3 см. В такой год проявлялось преимущество посева по фону безотвального рыхления зяби, когда высота растений была в среднем выше на 9,4 см, чем по вспашке. Но в годы с высокой температурой начальных фаз вегетации и при выпадении значительного (до 105 % от нормы) количества осадков высота растений формировалась в пределах 59,0 - 66,0 см, при этом ни один фон обработки не имел существенного преимущества.
2. Продуктивность колоса и высота растений сортов яровой мягкой пшеницы в благоприятный год
Сорт Высота, см Длина колоса, см Число колосков в колосе, шт. Число зёрен в колосе, шт. Масса зерна с 1 колоса, г
Вспашка
Учитель 83,5 8,9 15,7 26,0 0,78
Оренбургская 23 70,2 8,5 15,4 27,3 0,78
Тулайковская золотистая 78,7 8,2 15,0 28,2 0,81
Ульяновская 105 70,3 8,7 16,2 29,6 0,69
Средняя по обработке 75,7 8,6 15,6 27,8 0,77
Безотвальное рыхление зяби
Учитель 84,6 8,6 15,3 23,6 0,85
Оренбургская 23 69,3 8,0 14,7 27,5 0,78
Тулайковская золотистая 75,8 8,2 14,6 30,1 0,90
Ульяновская 105 72,3 8,2 15,2 29,5 0,69
Средняя по обработке 75,5 8,3 15,0 27,7 0,81
4. Продуктивность колоса сортов яровой мягкой пшеницы в неблагоприятные годы
3. Высота растений и длина колоса сортов яровой мягкой пшеницы в неблагоприятные годы
Сорт Высота растений по годам, см Длина колоса по годам, см
2018 2019 2020 2018 2019 2020
Вспашка
Учитель 37,3 46,6 65,8 6,5 6,3 7,6
Оренбургская 23 36,9 - - 5,3 - -
Тулайковская золотистая 35,0 47,4 - 5,3 6,7 -
Ульяновская 105 31,7 44,5 56,8 5,8 7,2 7,7
Оренбургская 30 - 42,0 53,5 - 6,7 7,4
Средняя по обработке 35,2 45,1 58,7 5,7 6,7 7,6
Безотвальное рыхление
Учитель 52,4 49,0 55,4 7,3 7,4 7,6
Оренбургская 23 45,2 - - 6,8 - -
Тулайковская золотистая 41,8 48,8 - 6,1 6,6 -
Ульяновская 105 39,1 45,4 56,5 6,3 6,9 7,8
Оренбургская 30 - 42,0 52,4 - 6,9 7,6
Средняя по обработке 44,6 46,3 54,8 6,6 7,0 7,7
Число колосков в колосе, шт. Число зёрен в колосе, шт. Масса зерна с 1 колоса, г
Сорт годы опытов
2018 2019 2020 2018 2019 2020 2018 2019 2020
Вспашка
Учитель 11,5 10,2 11,6 6,1 7,7 13,9 0,13 0,19 0,32
Оренбургская 23 10,6 - - 7,3 - - 0,10 - -
Тулайковская золотистая 9,0 11,3 - 7,4 15,5 - 0,07 0,36 -
Ульяновская 105 11,0 11,7 12,9 4,0 15,0 23,5 0,03 0,38 0,43
Оренбургская 30 - 10,9 10,5 - 10,6 18,5 - 0,30 0,44
Средняя по обработке 10,5 11,0 11,7 6,2 12,2 18,6 0,08 0,31 0,40
Безотвальное рыхление зяби
Учитель 13,7 12,6 11,8 15,6 9,1 12,5 0,36 0,23 0,25
Оренбургская 23 11,8 - - 13,3 - - 0,27 - -
Тулайковская золотистая 10,7 10,7 - 12,8 11,0 - 0,29 0,28 -
Ульяновская 105 12,2 11,8 12,3 7,1 16,6 20,6 0,12 0,46 0,40
Оренбургская 30 - 11,3 11,4 - 10,2 14,5 - 0,29 0,33
Средняя по обработке 12,1 11,6 11,8 12,2 11,7 15,9 0,26 0,32 0,33
Среди изученных сортов положительная реакция на улучшение условий отмечалась по сорту Учитель.
Длина колоса - более устойчивый признак продуктивности как по фонам обработки почвы, так и в зависимости от типов засушливости. Большее подавление данного признака отмечалось при резкой засушливости второй половины вегетации при посеве по фону вспашки.
Значительно большей изменчивостью характеризовались показатели зерновой продуктивности колоса (табл. 4). Количество колосков в колосе яровой пшеницы в различные по типу засушливости годы формировались в пределах от 9 до 13,7 шт. с некоторым преимуществом по данному признаку сорта Учитель на фоне безотвального рыхления зяби.
По числу зёрен в колосе и массе зерна с одного колоса преимущество посева по фону безотвального рыхления зяби проявилось в
год с засухой во второй половине вегетации, преимущество по показателям продемонстрировал сорт Учитель. Сорт Ульяновская 105 с более удлинёнными межфазными периодами налива в такие годы не реализовал свои возможности.
Выводы. Возрастание засушливости периода вегетации яровой пшеницы приводит к значительному снижению продуктивности колоса. Наблюдается резкое подавление ростовых процессов колоса, отражающееся на его длине, процессов формирования количества колосков и числа зёрен в колосе в результате отрицательного воздействия высокой температуры в период формирования зачаточного колоса, снижение массы зерна с колоса вплоть до пустоколосости из-за чрезмерно высокой температуры воздуха в период налива зерна.
Проведённые исследования позволили установить, что:
- урожайность яровой мягкой пшеницы тесно коррелирует с показателями продуктивности колоса (числом колосков, числом зёрен в колосе, массой зерна с одного колоса);
- посев по фону безотвального рыхления способствует формированию колоса с более высокими показателями продуктивности. В благоприятные годы различия по показателям продуктивности колоса по фонам вспашки и безотвального рыхления зяби незначительны.
Литература
1. Weldearegay D.F., Yan F., Jiang D., Liu F. Independent and combined effects of soil warming and drought stress during anthesis on seed set and grain yield in two spring wheat varieties // J. Agron Crop Sci. 2012; 198: 245 - 253.
2. Mondal S., Singh R.P., Mason E.R. et al. Grain yield adaptation and progress in breeding for early-maturing and heat-tolerant wheat lines in South Asia // Field Crops Res. 2016; 192: 78 - 85.
3. Prajapat A.L., Saxena R. Thermal requirements of wheat (Triticum aestivum L.) cultivars under different growing environments // Int. J. Chem. Stud. 2018; 6: 17 - 22.
4. Garcia C.C., Nepi M., Pacini E. It is a matter of timing: Asynchrony during pollen development and its conequences on pollen performance in angiosperms a review // Protoplasma. 2017; 254: 57 - 73.
5. Sterbova L., Bradova J., Sedlacek T. et al. Influence of technological processing of wheat grain on starch digestibility and resistant starch content // Starch Starke. 2016; 68: 593 - 602.
6. Zi Y., Ding J., Song J. et al. Grain yield, starch content and activities of key enzymes of waxy and non-waxy wheit (Triticum aestivum L.) // Sci. Rep. 2018; 8: 1 - 12.
7. Li Y., Wu Y., Espinosa H., Pena R.J. The influence of drought and heat stress on the expression of end-use quality parameters of common wheat // J. Cereal Sci. 2013; 57: 73 - 78.
8. Hatfield J.L., Prueger J.H. Temperature extremes: effect on plant growth and development // Weather dim. Extremes. 2015; 10: 4 - 10.
9. Fatima Z. et al. Quantification of climate warming and crop management impacts on phenology of pulses-based cropping systems // Int. J. Plant Prod.
10. Kahiluoto H. et al. Decline in climate resilience of European wheat // Proc. Natl. Acad. Sci. 2019; 116: 123 - 128.
11. Розова М.А., Зиборов А.И. Корреляционные связи урожайности яровой твёрдой пшеницы с элементами её структуры в зависимости от уровня продуктивности генотипов и погодных условий в Приобской степи Алтайского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2016. № 2 (136). С. 44 -49.
12. Мальчиков П.Н. Система взаимоотношений фотосинтеза, ростовых процессов и потребления минеральных веществ при формировании генотипических различий урожайности яровой твёрдой пшеницы // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 7. С. 21 - 25.
13. Захарова Н.Н., Захаров Н.Т., Остин В.Н. Элементы продуктивности главного колоса озимой мягкой пшеницы в условиях степи Среднего Поволжья // Аграрный научный журнал. 2019. № 4. С. 10 - 15.
14. Корреляция урожайности с элементами продуктивности сортов яровой мягкой пшеницы в условиях степной зоны Омской области / Д.В. Пушкарёв, А.С. Чурсин, О.Г. Кузьмин [и др.] // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2018. № 3 (31). С. 26 - 35.
15. Ведров Н.Г., Дмитриев В.Е., Нестеренко Е.М. Яровая пшеница в Восточной Сибири (биология, экология, селекция и семеноводство, технология возделывания) / под. ред. Н.Г. Ветрова. Красноярск, 1998. 312 с.
16. Самофалов А.П. Роль разных элементов структуры урожая в увеличении урожайности озимой пшеницы // Зерновое хозяйство. 2005. № 1. С. 15 - 17.
17. Цыбенов Б.Б., Цыдыпов Б.Д. Высота растений и масса зерна колоса как признаки продуктивности в селекции яровой пшеницы в засушливых условиях // Научное обеспечение развития АПК и сельских территорий Байкальского региона: матер. науч.-практич. конф., по-свящ. Дню российской науки. Улан-Удэ, 2018. С. 69 - 74.
18. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Книга по требованию, 2012. 352 с.
Ишен Насанович Бесалиев, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник. ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук». Россия, 460051, г. Оренбург, пр-т Гагарина, 27/1, [email protected]
Александр Леонидович Панфилов, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник. ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук». Россия, 460051, г. Оренбург, пр-т Гагарина, 27/1, [email protected]
Ярослав Анатольевич Каравайцев, научный сотрудник. ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук». Россия, 460051, г. Оренбург, пр-т Гагарина, 27/1, [email protected]
Ринат Римович Абдрашитов, научный сотрудник. ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук». Россия, 460051, г. Оренбург, пр-т Гагарина, 27/1, [email protected]
Ishen N. Besaliev, Doctor of Agriculture, Leading Researcher. Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences. 27/1, Gagarin Ave., Orenburg, 460051, Russia, orniish_tzk@ mail.ru
Alexander L. Panfilov, Candidate of Agriculture, Leading Researcher. Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences. 27/1, Gagarin Ave., Orenburg, 460051, Russia, [email protected]
Yaroslav A. Karavaitsev, Researcher. Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences. 27/1, Gagarin Ave., Orenburg, 460051, Russia, [email protected]
Rinat R. Abdrashitov, Researcher. Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the
Russian Academy of Sciences. 27/1, Gagarin Ave., Orenburg, 460051, Russia, [email protected]
-♦-
