CC BY
17ЗАВИСИМОСТЬ УРОЖАЯ ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ОТ ГИДРОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ МЕЖФАЗНЫХ ПЕРИОДОВ
ВЕГЕТАЦИИ
А.А. Завалин, чл.- корр. РАСХН, ВНИИА, Е.Н. Пасынкова, к.б.н., А.В. Пасынков, д.б.н.,
Зональный НИИСХ Северо - Востока
Установлена зависимость урожая от доз удобрений и гидротермических условий межфазных периодов вегетации, которая имеет сложный нелинейный характер и наиболее точно описываются уравнениями второго порядка с четко выраженными точками экстремума или областями оптимума.
Ключевые слова: яровая пшеница, межфазные периоды вегетации, гидротермические условия, урожай.
Урожайность зерновых культур, в основном, определяется факторами, которые можно условно разделить на две группы: регулируемые (предшественник, система обработки почвы, сорт, семена, срок сева, уровень плодородия конкретного поля, применение удобрений и средств защиты растений) и нерегулируемые, играющие определенную (а в некоторые годы, ведущую) роль не только в формировании, но и в варьировании величины урожая, биохимического состава и технологических качеств зерна (тепло, свет и влага). Известно также, что ростовые процессы и прохождение фаз развития растений в период их вегетации протекают в условиях различных температур, уровня выпадения осадков, продолжительности светового дня и прихода ФАР.
В основу сельскохозяйственной оценки климата в первую очередь положена оценка температурного режима и условий увлажнения в различных климатических зонах. Следует отметить, что гидротермические условия в отдельные годы и особенно в период вегетации растений, могут значительно отличаться от среднемноголетних. При этом интегральным показателем оценки условий гидротермического режима вегетационных (межфазных) периодов является предложенный Г.Т. Селяниновым гидротермический коэффициент (ГТК): отношение количества осадков к испаряемости. Величина ГТК более 1,6 характеризует регион как избыточно влажную зону; 1,6-1,3 - влажную (или нормально увлажненную); 1,3-1,0 -недостаточно влажную; 1,0-0,7 - засушливую; 0,7-0,4 - очень засушливую [1, 2].
В работах [3-8] в целях корректного исследования зависимостей урожая сельскохозяйственных культур от гидротермических условий вегетационного периода предлагается учитывать их (температуру и осадки) ежедневно и связывать их не с календарными сроками (декада, месяц, теплый период), а с датами наступления и продолжительностью основных фаз развития растений или в целом вегетационного периода, так как календарные сроки возобновления весенней вегетации у озимых культур и многолетних трав, а также сроки сева яровых зерновых и сроки посадки овощных и пропашных культур по годам не совпадают.
Методика. Исследование зависимостей урожая зерна яровой пшеницы от возрастающих доз минеральных удобрений и гидротермических условий межфазных периодов вегетации проведено на основе данных, полученных в длительном стационарном опыте (1996-2004 гг.), проведенном на дерново -подзолистой, среднесуглинистой, среднегумусированной почве. Опыт проводили в шестипольном зернопаротравяном севообороте со следующим чередованием культур: чистый пар, озимая рожь, ячмень с подсевом клевера, клевер 1 г.п., яровая пшеница и овес. Схема опыта представляет собой выборку из полной факториальной схемы 1/4 (6*6*6) и включает в себя 54 варианта в двухкратной повторности. За единицу доз основных элементов минерального питания приняты следующие величины: 000 - без удобрений, 111 = (№К)3о, 222 = (МРК)60, ... , 5 5 5 = (ЫРК)150. В опыте применяли следующие
минеральные удобрения: азотные - Ыаа, фосфорные - Рсд и калийные - Кх. Под клевер минеральные удобрения не вносили.
Результаты и их обсуждение. Урожайность зерна яровой пшеницы сорта Иргина существенно изменялась в зависимости от доз минеральных удобрений и складывающихся гидротермических условий конкретного вегетационного периода (табл. 1). Максимальная урожайность зерна (в среднем по опыту свыше 40 ц/га) в шести основных его вариантах получена в два года, минимальная (24,1 и 26,7 ц/га) - также в два года из шести лет исследований. Два года со средней урожайностью зерна 33,1 и 38,0 ц/га занимают промежуточное положение. Таким образом, при одинаковых дозах внесения минеральных удобрений был сформирован различный уровень урожая, вариабельность которого определялась изменением гидротермических условий как всего периода вегетации, но в основном - его межфазных периодов. Так, в период посев -кущение в три года из шести наблюдалось нормальное (средняя урожайность составила 43,8, 33,1 и 26,7 ц/га), в один -избыточное (урожайность - 42,7), а в два - недостаточное увлажнение с урожайностью 24,1 и 38,0 ц/га. Как видим, сложившиеся гидротермические условия в начальный период вегетации растений не являлись определяющим в формировании величины урожая, что подтверждается и проведением статистической обработки полученных данных (Я2 = 0,44) методом множественного регрессионного анализа (табл. 2). Вероятно, значительные запасы влаги в почве за счет высокого снежного покрова, наблюдавшиеся в период проведения опыта, а также нормальное и избыточное увлажнение в период посев - кущение не лимитировали рост и развитие растений, закладку генеративных органов (число зерен в колосе) и формирование густоты продуктивного стеблестоя, происходящих в данный период.
1. Урожай зерна пшеницы и ГТК в период проведения опытов
(здесь и в табл. 2: П - посев, К - кущение, Т - трубкование, Ц - цвете-
Значительные различия обнаруживаются в условиях увлажнения следующего периода вегетации (кущение - трубко-вание). В четырех случаях из шести наблюдалось избыточное, в одном (1996 г.) - недостаточное и в одном (1998 г.) - сложились засушливые условия, которые в последующий период даже в условиях избыточного увлажнения, не позволили сформировать высокий урожай зерна. Наибольшая контрастность в условиях увлажнения наблюдается в период трубко-вание - цветение: в половине лет - избыточное увлажнение, в один год - засушливые (1997 г.) и в два года (2002 и 2004 гг.) -очень засушливые условия. Следует отметить, что недостаток влаги в 1997 г. в период трубкование - цветение не оказал существенного влияния на снижение уровня урожая зерна, так как он находился на уровне 1996 г. - года со значитель-
ние, ПС - полная спелость)
Год Урожай зерна, ц/га ГТК в период вегетации
Min - мах среднее П- К К- Т Т- Ц П- Ц Ц- ПС П- ПС
1996 25,0-52,0 43,8 1,42 1,19 1,77 1,49 0,95 1,25
1997 28,1-51,7 42,7 2,47 1,82 0,77 1,63 1,31 1,51
1998 20,2-27,2 24,1 1,29 0,77 3,05 2,32 2,25 2,30
2002 18,3-40,9 33,1 1,65 2,82 0,29 1,49 0,66 1,15
2003 27,3-46,6 38,0 1,15 3,57 3,44 2,57 0,64 1,75
2004 17,0-32,8 26,7 1,52 3,33 0,50 1,53 0,96 1,32
ным и равномерным выпадением осадков в период посев -цветение и, как следствие, нормальным увлажнением в вегетативный период. Однако в 2002 и 2004 гг., практически не различающихся по условиям увлажнения предыдущих периодов вегетации (посев - трубкование), засуха в период трубко-вание - цветение и в репродуктивный период (цветение - полная спелость) привела к существенному снижению урожая зерна, и особенно сильному - в 2004 г. В меньшей степени варьирование урожая зерна пшеницы определялось гидротермическими условиями вегетативного периода в целом (посев - цветение), что, вероятно, является одной из причин того, что и при проведении статистической обработки полученных экспериментальных данных нам не удалось получить уравнение регрессии, описывающее зависимость урожая от доз минеральных удобрений и величины ГТК в данный период вегетации.
Гидротермические условия в репродуктивный период (цветение - полная спелость) также значительно различались: в два года (2002 и 2003 гг.) из шести лет наблюдался острый дефицит влаги, в два (1996 и 2004 гг.) - засушливые условия и в один (1998 г.) - избыточное увлажнение. Необходимо отметить, что недостаток осадков в репродуктивный период в меньшей степени, чем в предыдущие межфазные периоды вегетативного, определяет уровень и варьирование урожая зерна пшеницы. Возможно, это связано с тем, что снижение урожая в репродуктивный период может происходить за счет изменения только одного из элементов его структуры: массы зерновки (массы 1000 зерен), так как к этому периоду остальные ее элементы, такие как общее количество растений на единице площади, густота продуктивного стеблестоя и число зерен в колосе уже сформированы [9].
Проведение статистической обработки показало отсутствие взаимодействия возрастающих доз минеральных удобрений и гидротермических условий как всего вегетационного периода, так и межфазных периодов (табл. 2; рис. 1 и 2). Обращают на себя внимание четко выраженные точки экстремума (оптимума) по дозам удобрений и величине ГТК. То есть для получения в данных почвенных условиях максимального урожая зерна, необходимы оптимальные условия не только по величине доз удобрений, но и оптимальный гидротермический режим в наиболее важные (критические) для его (урожая) формирования межфазные периоды.
2. Зависимости урожая зерна пшеницы от доз удобрений и ГТК
Период Уравнение регрессии (п = 36) Я2 ТЭ
П-К У=17,078+9,080М-1,140М2+2,011 Г2 0,440 -
П-Т У=-115,404+9,080М-1,140М2+171,567Г-50,197Г2 0,574 1,71
К-Т У=3,224+9,080М-1,140М2 +33,573Г-5,461Г2 0,472 3,08
Т-Ц У=15,887+9,080М-1,140М2+13,107Г-2,786Г2 0,735 2,36
Ц-ПС У=6,177+9,080М-1,140М2+33,639Г-13,747Г2 0,568 1,22
П-ПС У=-46,343+9,080М-1,140М2+92,568Г-29,230Г2 0,583 1,58
Условные обозначения: п - общее число наблюдений; М - дозы МРК (в кодированных единицах: 0 - без удобрений, 1 - (МРК)30, ... 5 -(МРК)150), то же и на рис. 1 и 2; Г - ГТК; ТЭ - точка экстремума по ГТК
Так, максимальная урожайность зерна достигнута при внесении (ЫРК)120, а дальнейшее повышение их доз приводит к снижению урожая. В период посев - трубкование максимальный урожай был сформирован при ГТК 1,71; кущение - трубкование - 3,08; трубкование - цветение - 2,36; в репродуктивный период - 1,22 (рис. 1) и за весь период вегетации - 1,58 (рис. 2). Как видим, максимальный урожай зерна яровой пшеницы, возделываемой по пласту клевера, формируется при нормальном или избыточном увлажнении в различные периоды вегетации, а наиболее тесно урожайность зерна связана с гидротермическими условиями, складывающимися в период трубкование - цветение и всего вегетационного периода.
(посев - полная спелость)
Следует отметить, что малое число наблюдений и сравнительно низкие коэффициенты детерминации (К2) не позволяют использовать в полной мере полученные модели для полноценного прогноза величины урожая зерна данного сорта пшеницы. При этом сравнительно низкие значения К2 позволяют сделать заключение о том, что влияние гидротермических условий и средств химизации на урожай нельзя рассматривать однозначно: кроме прямых воздействий на растение имеет место и опосредствованное - через процессы, протекающие в почве [7]. Отмеченное выше предполагает увеличение продолжительности периода наблюдений и расширение числа факторов, оказывающих существенное влияние в формировании урожая конкретного сорта возделываемых культур.
На рисунках 1 и 2 в графическом виде (в виде поверхности отклика функции) представлены зависимости урожая зерна от доз удобрений и ГТК. Они подтверждают основные тенденции в изменении урожая зерна, отмеченные при анализе моделей регрессии (см. табл. 2). На рисунке 3 в графическом виде представлена зависимость продуктивности севооборота от доз минеральных удобрений и ГТК за вегетационные периоды при проведении исследований (1968-2002 гг.) на дерново - подзолистых супесчаных и песчаных почвах [8]. Она отражает и подтверждает те же тенденции, которые наблюдались и при проведении наших исследований.
Однако в рассматриваемом случае точка экстремума по величине доз минеральных удобрений не достигнута, возможно, ввиду более низких их доз, применяемых в опыте, а
область оптимума по величине ГТК находится в интервале 1,2-1,4, характеризующем вегетационные периоды, как периоды с достаточным увлажнением. Разница в оптимальных гидротермических условиях, отмеченных нами и опубликованных в работе [8], возможно объясняется различиями в уровнях урожаев, полученных при проведении полевых опытов: более высокий урожай требует для своего формирования и более высокого уровня увлажнения. Полученные данные также показывают возможность существенного повышения урожая при орошении не только на легких дерново - подзолистых почвах [8], но и на почвах более тяжелого гранулометрического состава.
Таким образом, зависимости урожая от доз удобрений и гидротермических условий межфазных периодов вегетации имеют сложный нелинейный характер и наиболее точно описываются уравнениями второго порядка с четко выраженными точками экстремума или областями оптимума. Однако малое число наблюдений и сравнительно низкие коэффициенты детерминации предполагают увеличение продолжительности периода наблюдений и расширение числа факторов, оказывающих существенное влияние на формирование урожая.
niish-sv@mail.ru
DEPENDENCE OF SPRING WHEAT GRAIN YIELD ON THE THERMAL CONDITIONS OF THE INTERPHASE PERIODS OF VEGETATION A.A. Zavalin, E.N. Pasynkova*, А. V. Pasynkov* Pryanishnikov All-Russian Scientific Research Institute of Agrochemistry, Russian Academy of Agricultural Sciences, ul. Pryanish-
nikova 31a, Moscow, 127550 Russia *Rudnitskii Zonal Research Institute of Agriculture in the Northeast of Russia, ul Lenina 166a, Kirov, 610007 Russia The relationship between the crop yield, fertilizer application rates, and hydrothermal conditions during the interphase periods of vegetation was revealed, which was of complex nonlinear character and was best described by second-order equations with pronounced extreme points or optimum regions.
Key words: spring wheat, interphase periods of vegetation, hydrothermal conditions, crop yield.
Литература
1. Чирков Ю.И. Агрометеорология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 320с.
2. Иванов П.К. Яровая пшеница. - М.: Колос, 1971. Изд. третье, пере-раб. и доп. 328с. 3. Минеев В.Г., Громыко О.И., Щербакова Н.И. Изучение связи урожаев яровых культур и эффективности удобрений с погодными условиями / Погода и эффективность удобрений. - Бюлл. ВИУА, 1985. № 75. С. 3-6. 4. Третьяков Н.Н., Сенников В.А., Гавад-зюк А.В. Анализ межфазных периодов кукурузы с использованием радиационно-тепловых факторов // Известия ТСХА, 2002. Вып. 3. С. 101-114. 5. Наволоцкий Д.В. Генотип - средовые взаимодействия при формировании продуктивности и технологических качеств зерна у пивоваренных сортов ячменя Центрального Черноземья / Автореф. дисс. ... к. с.-х. н. - Каменная степь, 2004. 27 с. 6. Крючков А.Г., Беса-лиев И.Н. Параметры температурного режима и увлажнения межфазных периодов вегетации ячменя // Вестник РАСХН, 2008. № 5. С. 5152. 7. Глобальное изменение климата и прогноз рисков в сельском хозяйстве России / Под ред. академиков Россельхозакадемии А.Л. Иванова и В.И. Кирюшина. - М.: Россельхозакадемия, 2009. С. 135168. 8. Лукин С.М. Агроэкологическое обоснование систем применения удобрений в севооборотах на дерново - подзолистых супесчаных и песчаных почвах / Автореф. дисс. ... д. б. н. - М.: ВНИИА, 2009. 49 с. 9. Завалин А.А., Пасынков А.В. Азотное питание и прогноз качества зерновых культур. - М.: ВНИИА, 2007. С. 116-117
