Зимо- и засухоустойчивость озимой ржи в условиях Центрально-Чернозёмного региона Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

СОРТА И СЕМЕНА

а—

УДК 633.14:632.111:58.032.3

Зимо- и засухоустойчивость озимой ржи в условиях центрально-чернозёмного региона

В.В. ЧАЙКИН, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией (e-mail: [email protected]) А.А. ТОРОП, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник

А.И. РыЛЬКОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Чернозёмной полосы им. В.В. Докучаева, п/о Институт им. Докучаева, Таловский р-н, Воронежская обл., 397463, Российская Федерация

Исследования выполнены в 19752014 гг. в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства ЦентральноЧерноземной полосы им. В.В. Докучаева, расположенном в Воронежской области. Почвенный покров участка представлен обыкновенным черноземом. Предшественник в опытах - черный пар. Цель исследований - изучение действия неблагоприятных факторов зимовки и засухи на урожайность озимой ржи. Современные сорта обладают высоким уровнем морозостойкости, поэтому гибели растений в естественных условиях при соблюдении технологии возделывания не наблюдали. Более вредоносным было поражение посевов снежной плесенью. Оно значительно снижало урожайность при недостаточной обеспеченности посевов влагой в последующий весенний период. Связь между поражением снежной плесенью и урожайностью была криволинейной. Величина корреляционного отношения ц=0,65. Отрицательную связь между этими пока-N зателями наблюдали в случаях поражения О примерно до 50 % посева, после этого она сч меняла свое направление на положитель-^ ное: с увеличением поражения наблюдали 2 рост урожайности. Значительно (на 9,85 42,6 %) снижала размеры урожая засуха.

Наибольшее их уменьшение отмечено при Ч осенней засухе и/или очень сильной засу-® хе в течение июня и июля. Особо опасным ^ было сочетание двух неблагоприятных факторов: поражение посевов морозом

и действие засухи. Однако и в таких условиях урожайность озимой ржи была выше почти в 2 раза, чем у озимой пшеницы. Опасным было также сочетание засухи и поражения растений ржавчиной, когда восприимчивые сорта теряли до 75-95 % урожая. При возделывании в сравнимых условиях озимая рожь не уступала озимой пшенице по урожайности, а в неблагоприятные по метеоусловиям годы превосходила ее более чем в 1,5 раза.

Ключевые слова: озимая рожь, морозостойкость, засухоустойчивость, зимостойкость, снежная плесень, страховая продовольственная культура.

Для цитирования: Чайкин В.В., Тороп А.А., РыльковА.И. Зимо-изасухоустойчи-вость озимой ржи в условиях центральночернозёмного региона // Земледелие. 2017. №2. С. 32-36.

Важную роль в обеспечении устойчивого роста урожайности и стабильности агроценозов играет адаптивная организация видовой структуры посевных площадей в каждом почвенно-климатическом регионе. Правильное сельскохозяйственное макро- и микрорайонирование культивируемых растений, то есть их размещение в строгом соответствии с особенностями потенциала онтогенетической адаптации каждого вида - решающий фактор устойчивого роста продуктивности и энергоэкономичности агроценозов в неблагоприятных условиях внешней среды. Эти положения, неоднократно высказывавшиеся академиком А.А. Жученко [1-3], находят подтверждение в Центрально-Черноземном регионе (ЦЧР) в особо неблагоприятные по метеоусловиям годы.

Озимая пшеница - основная продовольственная культура в этом регионе. Её посевные площади составляют около 3 млн га, а озимая рожь, которая в ЦЧР в течение многих веков была главной продовольственной зерновой культурой, сегодня занимает площадь на два порядка меньше [4].

Сокращение посевов озимой ржи в значительной степени было связано с мнением о том, что она

менее урожайна, чем основной конкурент - озимая пшеница. Но это может быть в определенной степени справедливым лишь по отношению к потенциальной продуктивности. В реальности - это не совсем так. В сравнимых условиях на сортоиспытательных участках Воронежской области, по данным 29 опытов, сбор зерна озимой ржи был на 23,1 % выше, чем у озимой пшеницы. А на протяжении четырех лет, особо неблагоприятных по погодным условиям, ее превосходство составляло 60,1 %. Аналогичные результаты получены в других областях ЦЧР, а также в соседних регионах [5, 6].

Резкое уменьшение спроса на зерно ржи и, соответственно, низкие цены на него - вторая и, вероятно, главная причина сокращения площадей, занятых культурой в регионе. Но эта проблема требует особого обсуждения.

В результате селекции на сегодняшний день созданы и внедрены в производство новые сорта озимой ржи, в значительной степени лишенные одного из основных её недостатков, также способствовавшего резкому сокращению посевов, - вы-сокорослости и, связанной с этим, склонности к полеганию. Возделывание таких сортов дает возможность использовать интенсивные технологии и собирать в производственных условиях порядка 6,0-7,0 т/га зерна и более. Потенциал их урожайности превышает 9,0 т/га [7]. Погодные условия региона и наличие соответствующих сортов способствуют формированию высококачественного зерна, пригодного для улучшения партий с низкими хлебопекарными качествами и экспорта. Всё это свидетельствует о том, что озимая рожь заслуживает большего внимания.

Кроме того, расширение посевных площадей под озимой пшеницей ведёт к резкому падению стабильности сборов продовольственного зерна, прежде всего, из-за недостаточно высокого уровня зимостойкости этой культуры. Из 17 проанализированных нами лет гибель озимой пшеницы из-за низкой зимостойкости в Воронежской области составила в среднем 14,8 % против 6,6 % - у озимой ржи. В четыре года, особенно неблагоприятных по перезимовке, величина этого показателя в среднем была равна соответственно 38,3 и 13,2 %. При этом нужно учитывать, что агротехника у

ржи, как правило, всегда значительно хуже. Ее, как более адаптивную и менее значимую культуру, размещают по худшим предшественникам, не всегда соблюдают оптимальные сроки сева и выращивают без применения удобрений.

Второй неблагоприятный фактор, действие которого всё чаще и сильнее проявляется в регионе - засуха. Особенно опасно сочетание двух упомянутых неблагоприятных факторов, что наглядно проявилось в регионе в 2010 г., когда в опытном хозяйстве «Докучаевское» уборочная площадь ржи, пшеницы и тритикале составила соответственно 68,2; 24,4; 11,8 % от посевной, а урожайность сохранившихся посевов - 2,19; 1,25 и 1,70 т/га, когда в опорном пункте института «Митрофановский», где пересев, из-за особой ценности высеянных сортов, не производили, урожайность озимой ржи в этом же году была равна 2,55 т/га, а озимой пшеницы - только 0,55 т/га.

Стабильно высокий уровень зимостойкости - обязательное свойство растений озимых культур. Это сложное свойство, проявление которого обусловлено воздействием комплекса таких факторов, как низкие температуры, ледяная корка, выпре-вание, вымокание, болезни, вызванные неблагоприятными условиями зимовки, нарушения агротехники и др. Устойчивость растений и сортов к такой сложной взаимосвязи между биологическими особенностями и весьма динамичным сочетанием условий среды и метеорологических факторов получила название зимостойкость [8]. При этом гибель растений может происходить от вредного влияния одного ведущего фактора, например, низкой температуры, при отсутствии других.

ЦЧР расположен примерно между 49 и 53° с.ш. и по характеру и повторяемости основных причин гибели озимых культур на площади более 10 % относится, по данным В.А. Моисейчик [9], к первой (крайний юг) и второй (основная часть) зонам. Основная его часть расположена в Среднерусской лесостепной провинции [10], со сравнительно устойчивым снежным покровом и менее выраженной осенней засухой. Более частая причина зимней гибели растений озимых культур в этих условиях - выпревание и поражение снежной плесенью.

В Южнорусской степной провинции, в которой расположена остальная часть региона,основные причины гибели озимых - вымерзание и слабое развитие посевов вследствие осенней засухи. Повреждение посевов часто усиливает вредное влияние притёртой к почве ледяной корки. Условия

зимовки здесь осложняют оттепели с последующими резкими переходами к значительным морозам, бесснежье или малый снежный покров. В результате во время похолоданий температура на узле кущения опускается ниже критической и растения повреждаются или погибают [11].

Указанные неблагоприятные факторы относят к числу нерегулируемых или слабо регулируемых земледельцем. Снизить их воздействие, в определённой степени, возможно путем создания и возделывания устойчивых сортов, а также применения соответствующих технологий выращивания. Этому должно предшествовать изучение особенностей региона и действия неблагоприятных факторов зимовки и засухи на урожайность культуры, что и было целью наших исследований применительно к озимой ржи. Результаты такого исследования позволят селекционеру правильно определить направление работы, подобрать исходный материал и методы работы с ним, а технологу - совершенствовать приемы возделывания культуры.

Исследования выполнены в 19752014 гг. в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева, расположенном в Каменной Степи (Воронежская область). Почвенный покров участка представлен обыкновенным черноземом. Предшественник - черный пар.

Каменная Степь находится на 51° 037 с.ш., причиной зимней гибели озимых в этих условиях могут быть, как выпревание и поражение растений снежной плесенью, так и вымерзание. Для определения степени их вредоносности мы проанализировали результаты учётов условий перезимовки и урожайности сортов конкурсного сортоиспытания. При этом было установлено, что почти за 40-летний период наблюдений, проводившихся в лаборатории селекции озимой ржи, на районированных сортах в естественных условиях не было отмечено ни одного случая значительной гибели растений от низких температур. В связи с этим, для анализа представляют интерес только результаты изучения зимостойкости материала в провокационных условиях. Основным неблагоприятным фактором зимовки при этом, по нашему мнению, были низкие температуры, так как снежный покров на стеллажах в течение всего периода исследований был незначительным из-за того, что его или сдувал ветер, или счищали. В этих условиях растения озимых пшеницы и тритикале, как правило, погибали полностью.

Материалом для изучения служили рекомендованные для использования

в регионе и перспективные сорта, а также образцы селекционного материала озимой ржи, изучавшиеся в 1990-2014 гг. в конкурсном (КСИ) и предварительном (ПСИ) сортоиспытаниях. Всего за этот период было исследовано 756 образцов

В естественных условиях учёты и наблюдения в КСИ вели общепринятыми методами на делянках 25 м2 в 6-кратном повторении, в ПСИ - на делянках 5-10 м2 в 6-8-кратном повторении. Провокационный фон для оценки морозостойкости создавали по методике НИИСХ ЦРНЗ [12], предусматривающей посев образцов на бетонных стеллажах, заполненных почвой. Образцы высевали на трёхметровых рядках без повторения с частым (через два номера) расположением стандарта. До 2008 г. стандартом служил районированый сорт Таловская 15, с 2008 г. - Талов-ская 41. Подсчёт растений проводили перед уходом в зиму и весной через две недели после начала активной вегетации. Для увеличения жёсткости фона после схода снега растения срезали на высоте 1,5-2,0 см. Через две недели после начала активной весенней вегетации по результатам подсчёта общего числа растений на делянках, в том числе живых, определяли зимостойкость образцов (процент живых растений от их общего количества) [12].

Влияние засухи на урожайность определяли, сопоставляя ее величину в годы с разными значениями гидротермического коэффициента Г.Т. Селянинова [13] в критические периоды по устойчивости растений озимой ржи к засухе с урожайностью в умеренные по увлажнению и температуре воздуха годы, когда величина ГТК была близка к 1.

Статистическую обработку результатов проводили по П.Ф. Рокицкому [14].

Уровень сохранности сортов озимой ржи в провокационных условиях зимовки был, как правило, довольно высоким (более 50 %). В течение 25 лет зафиксировано только четыре случая (вегетационные сезоны 1995/1996, 1996/1997, 1998/1999 и 2002/2003), когда количество живых растений после перезимовки составляло 40-50 %, но полной гибели районированных сортов и в этих условиях не наблюдали (табл. 1). е

Полученные результаты дают осно- | вание полагать, что гибель озимой е ржи во время зимовки в условиях я> региона не связана с недостаточным | уровнем морозостойкости возделы- № ваемых и создаваемых сортов, а вы- ю звана иными причинами. В их числе м могут быть выпревание и поражение 1 растений снежной плесенью. 7

1. Сохранность сортов озимой ржи в провокационных условиях

Вегетационный период Количество растений, шт. Сохранность растений, %

всего из них животных

1989/1990 1074 1007 93,8

1990/1991 1354 1092 80,6

1991/1992 1266 гибель только единичных растений

1992/1993 1204 857 71,2

1993/1994 1451 361 80,1

1994/1995 2509 1626 64,8

1995/1996 1139 556 48,8

1996/1997 1116 474 42,5

1997/1998 893 705 78,9

1998/1999 1143 517 45,2

1999/2000 1180 1084 91,9

2000/2001 829 762 91,8

2001/2002 1339 гибель единичных растений

2002/2003 1751 712 40,7

2003/2004 2208 2179 98,7

2004/2005 3296 2701 81,9

2005/2006 1077 788 73,2

2006/2007 1648 гибель единичных растений

2007/2008 1133 гибель единичных растений

2008/2009 2356 гибель единичных растений

2009/2010 1549 гибель единичных растений

2010/2011 2759 гибель единичных растений

2011/2012 2590 гибель единичных растений

2012/2013 3130 2893 92,4

2013/2014 2958 2437 82,4

Поражение озимой ржи снежной плесенью учитывали в течение 11 лет (1976, 1978, 1980, 1984, 1985, 1988, 1990-1993, 2006 гг.) в 23 опытах. При этом его наблюдали в 13 случаях. При анализе урожайности были получены неожиданные результаты: сбор зерна при средней величине пораженной площади равной 47,1 % составил 5,65±0,24 т/га, а при отсутствии поражения - 4,61±0,38 т/га (различия значимы при Р > 0,95). Площадь поражения в разные годы варьировала от 0,8 до 88,0 %. Изучение зависимости между величинами поражения и урожайности показало, что они между собой связаны слабо: коэффициент линейной корреляции г = 0,252. В группе опытов с сильным поражением, составившем в среднем 75,0 % с колебаниями от 66,0 до 88,0 %, урожайность была равна 5,78 т/га, а коэффициент линейной корреляции неожиданно увеличился и оставался положительным (г = 0,357). Сбор зерна повышался с ростом поражения.

Дополнительный анализ первичных данных подтвердил наличие криволинейной зависимости между поражением растений снежной плесенью и урожайностью зерна (см. рисунок), при величине корреляционного отношения п=0,65.

Такой парадоксальный характер связи можно объяснить различной N влагообеспеченностью посевов. о Слабое поражение наблюдали, как ^ правило, при непродолжительном ^ или, что более вероятно, неглубо-о ком снежном покрове, а сильное, | наоборот, при продолжительном и глубоком, последствием которого ® было хорошее обеспечение посевов 5 влагой при таянии. В последнем $ случае создавались благоприятные

условия для отрастания и развития сохранившихся растений, то есть для восстановления ценоза благодаря компенсаторным процессам, на уровне отдельных побегов, растений и посева в целом, что способствовало повышению урожайности.

При неглубоком снежном покрове улучшение влагообеспеченности посевов в результате снеготаяния было значительно меньше. Поэтому даже при снижении поражения посевов снежной плесенью её вредоносность повышалась из-за отсутствия или слабой выраженности компенсаторных процессов, что приводило к уменьшению урожайности.

Зимостойкость озимой ржи в значительной степени зависит от сроков посева. Растения ранних сроков сева формируют большую вегетативную массу, излишне гидрофильны и по-

вреждаются в зимний период значительно сильнее, чем посеянные в оптимальный срок [15].

Современные сорта культуры особенно чувствительны к срокам посева, причем особо опасны ранние сроки. В последнем случае растения озимой ржи характеризовались более быстрыми темпами развития в осенний период, что приводило к перерастанию и увеличению вероятности гибели не только от повреждения скрытостебельными вредителями, но и от выпревания и поражения снежной плесенью, что при недостаточной влагообеспеченности в весенний период приводило к значительному недобору урожая.

При определении срока посева озимой ржи в условиях ЦентральноЧерноземного региона необходимо исходить из того, что основной вредитель в осенний период - шведская муха. Оптимальным сроком посева для борьбы с ней, при котором растения практически не повреждаются и формируют с осени 3-4 полноценных побега, считали 1-10 сентября [16]. Но в связи с увеличением на большей части Европейской территории страны суммы положительных температур в осенний период вегетации, вызванным глобальным потеплением, лучший срок посева, как и в других регионах [15, 17], сдвигается на 57 дней в сторону зимы.

Озимая рожь - засухоустойчивая культура [6, 18]. Это подтвердили и результаты наших исследований: ее преимущества над пшеницей при возделывании в степной части области значительно больше, чем в других зонах, и увеличиваются с продвижением с севера на юг (табл. 2). Это свойство озимой ржи чётко проявляется в засушливые годы и имеет особое значение, поскольку каждый центнер зерна, собранный в

Рисунок. Связь урожайности со степенью поражения снежной плесенью, среднее за 11 лет (1976, 1978,1980, 1984,1985, 1988,1990-1993, 2006 гг.) по 23 опытам.

2. Урожайность (т/га) озимой пшеницы и озимой ржи в сравнимых условиях в ГСУ Воронежской области

Зона области Количество Урожайность, т/га Превышение ржи

лет опытов Ржи пшеницы т/га | %

Лесостепная 3 3 5,11 4,59 0,52 11,3

Переходная 6 13 4,17 3,45 0,72 20,9

Степная 4 13 3,94 3,11 0,83 26,7

По области, в том числе в неблагопри- 6 29 4,20 3,41 0,79 23,1

ятные годы 2 8 3,36 2,09 1,27 60,1

экстремальные годы, имеет большую ценность, чем в высокоурожайные. Задача селекции, как минимум, сохранение этого свойства.

Но засухоустойчивость озимой ржи, естественно, относительная. С целью определения вредоносности засух мы проанализировали имеющиеся в нашем распоряжении

беспечением - при ГТК 1,0-1,49, с хорошим увлажнением - при ГТК 1,49-2,0, с избыточным увлажнением - при ГТК < 2,0.

Засушливые условия в осенний период вызывали самое сильное снижение урожайности озимой ржи. Оно было даже больше, чем при засухе в июне и июле (табл. 3).

растений достигала критического уровня. Следовательно, вероятность гибели посевов возделываемых в регионе сортов озимой ржи от вымерзани при соблюдении рекомендуемых технологий незначительна. Они обладают большим «запасом» морозостойкости. За годы исследований более опасным во время зимовки было поражение

3. Урожайность озимой ржи в условиях, различающихся по увлажнённости (1975-2014 гг.)

Условия увлажненности Урожайность, т/га Отклонение

т/га % t (критерий достоверности)

Умеренные (контроль) 5,82±0,29 - - -

Усреднённые 5,03±0,19 -0,79 13,6 2,26*

Засушливые и очень засушливые 4,85±0,26 -0,97 16,7 2,49**

Умеренные и хорошие 5,48±0,22 -0,34 5,8 0,94

Избыточные 5,05±0,30 -0,77 13,2 1,83

Очень засушливые 3,91±0,59 -1,91 32,8 2,89*

Засушливые в осенний период 3,34 -2,48 42,6 -

Засушливые в июне 5,25±0,27 -0,57 9,8 1,435

Очень засушливые в июне 5,02±0,67 -0,80 13,8 1,19

Засушливые в июле 4,85±0,26 -0,97 16,7 2,49*

Очень засушливые в июле 4,57±0,34 -1,25 21,5 2,78*

Засушливые в июне и июле 3,91±0,59 -1,91 32,8 2,89*

Очень засушливые в июне и июле 3,34±0,22 -2,48 42,6 6,89***

* различия значимы с Р > 0,950; **Р > 0,990; ***Р > 0,999.

39-летние данные конкурсного сортоиспытания по урожайности возделываемых сортов культуры в разные по влагообеспеченности годы.Так как количество годовых осадков и осадков после возобновления весенней вегетации не оказывает большого влияния на урожайность озимой ржи [13], мы проанализировали условия июня и июля.

Корреляционный анализ не обнаружил значимой связи между уров-

Особую опасность представляет совместное воздействие поражения растений ржавчиной (листовой или стеблевой) и засухи. Примером могут служить уникальные по встречаемости результаты испытания сортов селекции института в эпифитотийных условиях искусственного инфекционного фона в острозасушливом 2010 г. с гидротермическим коэффициентом Г.Т. Селянинова в июне 0,03, в июле -0,24 (табл. 4).

4. Вредоносность (доля от контроля в %) стеблевой ржавчины в условиях засухи (2010 г.)

Сорт Поражение ржавчиной, % Масса зерна с делянки

на естественном фоне (контроль), г на искусственном инфекционном фоне, г % от естественного фона

Харьковская 55 100 232,1 11,1 4,8

Таловская 15 40 215,8 54,5 25,3

Таловская 33 20 214,1 131,1 61,2

Таловская 41 15 241,2 115,0 47,6

Таловская 44 20 154,2 108,0 70,0

нем урожайности за все годы и значениями гидротермического коэффициента ни в июне (г = -0,112±0,170), ни в июле (г = 0,171 ±0,169). Поэтому для определения влияния засухи сравнили урожайность зерна в разные по влагообеспеченности в июне и июле годы. При этом очень засушливыми считали месяцы с ГТК > 0,5, засушливыми при величине ГТК 0,51-0,99, с умеренным влагоо-

В этих условиях восприимчивые сорта (Таловская 15 и особенно Харьковская 55) потеряли от 75 до 95 % урожая. У остальных же сортов, содержащих в своей популяции устойчивые биотипы, сбор зерна снизился на 30,0-52,4 %.

Таким образом, современные сорта озимой ржи характеризовались достаточно высоким уровнем морозостойкости: только в 4 из 25 зим гибель

снежной плесенью при его сочетании с осенней и/или весенней засухой. Связь между поражением снежной плесенью и урожайностью была криволинейной (величина корреляционного отношения П=0,65). Отрицательная связь между этими показателями установлена в случае поражения примерно до 50 % посевов, после этого она менялась на положительную: с увеличением поражения наблюдали рост урожайности .

Более чем в 2 раза снижалась урожайность озимой ржи при сильной осенней, а также сильной и очень сильной июньской и июльской засухах. В условиях сильной засухи и эпифитотии ржавчины восприимчивые сорта теряли 75-95 % урожая. В неблагоприятных из-за сильных морозов и/или засухи условиях озимая рожь имела явные преимущества по урожайности над озимой пшеницей (в 2,6-4,6 раза).

Учитывая то, что в условиях ЦЧР озимую рожь высевают, как правило, е по непаровым предшественникам, | все мероприятия по подготовке почвы д к посеву должны быть направлены на е сохранение влаги и получение всхо- | дов желаемой густоты. При выборе № сортов предпочтение необходимо ю отдавать засухоустойчивым сортам, м способным противостоять июньской 2 и, особенно, июльской засухам. 7