Productivity of spring durum wheat based on a complex of quantitative traits in the conditions of the forest-steppe of the Volga region

Full Text

Твердая яровая пшеница по распространению занимает второе место после мягкой пшеницы [1, 2]. Основная ценность яровой твердой пшеницы заключается в том, что она является высокопродуктивной культурой, из ее муки вырабатывают высококачественные макаронные изделия и крупу манную, лучшие кондитерские изделия. Недостаточное производство высококачественного зерна твердой пшеницы приводит к тому, что часть макарон и круп изготовляется из зерна мягкой пшеницы, что значительно снижает их питательные и вкусовые качества [3]. По сравнению с мягкой пшеницей на мировом рынке зерна 1 тонна твердой пшеницы оплачивается на 7-8% дороже, что позволяют производителям твердой пшеницы получать б льшую прибыль [4, 5]. Характерная особенность твердой пшеницы – высокая стекловидность, которая определяет высокие макаронные качества. Выход муки из нее достигает 76-80%. Зерно поддается легкому дроблению на крупки. Однако в последние годы площади посевов, урожайность и качество зерна яровой твердой пшеницы снижаются [6, 7]. Лесостепь Поволжья включает территории от севера Самарской области до северной границы Татарстана, сюда относятся Ульяновская и Пензенская области, Республики Татарстан и Чувашия. Это зоны черноземных и каштановых почв степных районов. Лесистость около 15-20%, преобладают серые лесные почвы и выщелоченные черноземы [8, 9]. Климат умеренно континентальный, осадков в среднем выпадает 360-500 мм, в летний период 260-380 мм. Период фотосинтетической активной радиации и тепла обеспечивает развитие и созревание яровой твердой пшеницы [10, 11]. Норма высева 5 млн всхожих семян на 1 га позволяет получить зерно с содержанием сырой клейковины в среднем больше на 2,2%, белка – на 2-3%, натуры зерна на 4-10 г/л, массы 1000 зерен на 2,6-3,0 г, стекловидности на 2-3% и др. [8].

Цель исследований – повышение урожайности зерна яровой твердой пшеницы в зависимости от способа обработки почвы в условиях лесостепи Поволжья.

Задачи исследований – изучить влияние количественных показателей (полноты всходов, полевой всхожести, количества растений перед уборкой, сохранности и выживаемости растений) на величину биологического урожая и урожайности зерна яровой твердой пшеницы; определить накопление массы соломы, оставляемой на поле, в зависимости от систем обработки почвы (вспашка на 20-22 см, рыхление на 10-12 см и без механической обработки).

Материал и методы исследований.

Исследования проводили в 2017-2020 гг. на опытном поле лаборатории «Агроэкология», кафедры «Агрохимия, почвоведение и агроэкология», расположенном на территории землепользования учебного хозяйства Самарского ГАУ [6, 7].

По данным метеостанции «Усть-Кинельская», погодные условия, сложившиеся за годы исследований, можно охарактеризовать не совсем благоприятными, не в полной мере соответствующими нормальному развитию сельскохозяйственных культур, особенно яровых зерновых [8, 12].

Почвы в зоне в основном выщелоченные, обыкновенные и типичные черноземы среднегумусные среднемощные тяжелосуглинистые. Данные почвы имеют реакцию среды, близкую к нейтральной, среднее содержание гумуса, сравнительно большую поглотительную способность. По своим физико-химическим и водным свойствам вполне отвечают требованиям успешного возделывания ведущих полевых культур [9, 10]. Агрохимические показатели почвы поля следующие: нитратный азот – 4,47 мг/кг, легкогидролизуемый азот – 42,4 мг/кг, органическое вещество – 4,6%, Р₂О₅ – 96,8 мг/кг, K₂O – 86,6 мг/кг, рН 7,82, рНсол – 5,8. Увлажнение естественное [13].

Сев яровых культур проводили в первой декаде мая, в самые ранние сроки, в первые дни созревания почвы при прогревании посевного слоя (0-5 см) до температуры 4-6°С, при норме высева 5 млн семян на 1 га. Объект исследований – яровая пшеница твердая сорта Степная.

Яровая пшеница твердая Степная. Сорт рекомендован для возделывания в Самарской, Саратовской и Оренбургской областях. Разновидность гордеиформе. Куст полупрямостоячий. Соломина выполнена средне, флаговый лист с сильным восковым налетом. Колос цилиндрический, средней плотности, сильноокрашенный. Ости коричневые, длиннее колоса. Зерно удлиненное, с коротким хохолком, белое. Масса 1000 зерен 38-45 г. Средняя урожайность 13-22 ц/га, максимальная урожайность 38 ц/га получена в Самарской области. Среднеспелый, вегетационный период 78-90 дней. Засухоустойчив. Среднеустойчив к полеганию. Макаронные качества хорошие.

В годы исследований схема опыта включала следующие варианты основной обработки почвы в севообороте:

Вспашка – обработка почвы состоит из лущения на 6-8 см вслед за уборкой предшественников и вспашки на 20-22 см под пар;

Рыхление – лущение почвы на 6-8 см вслед за уборкой предшественника и безотвальное рыхление на 10-12 см под зерновые колосовые культуры и пар;

Без механической обработки – осенняя обработка почвы не проводилась, после уборки предшественников применялся гербицид сплошного действия «Торнадо» в дозе 3 л/га. Весной осуществлялся прямой посев культур [12].

Уборку проводили селекционным комбайном «TERRION» в фазу полной спелости зерна. Перед уборкой проводили отбор снопов с делянок (площадка 0,25 м²). Сноповой материал служил для определения качества урожая. Урожай приводили к 100% чистоте и к 14% влажности [14].

Полноту (число) всходов рассчитывали по формуле

$В = \frac{n }{s}$,

где n – фактическое количество всходов (шт.) на площади s (м²) в поле [14].

Полевая всхожесть – число всходов в поле на 1 м², выраженное в процентах относительно числа высеянных всхожих семян на 1 м² площади. Определяли по формуле:

$ПВ = \frac{ЧВ}{НВ} \times 100$,

где ПВ – полевая всхожесть, %, ЧВ – число (полнота) всходов, шт./м², НВ – норма высева всхожих семян на 1 м² (с учетом чистоты и лабораторной всхожести семян), 100 – число для выражения ПВ в процентах.

Для определения нормы высева семян необходимо рассчитать посевную годность по формуле

$ПГ=ЧС х\frac{ ВС}{100}$,

где ЧС – чистота семян (составляет 100%), ВС – всхожесть (лабораторная) семян (составляет 92%).

Масса 1000 семян (m₁₀₀₀) равна 38 г. Рассчитаем поправку на фактическую посевную годность: ПГ = 100 х 92 / 100 = 92%. Рекомендованные нормы высева (РН) семян (млн на 1 га) = 5 млн. Рассчитаем норму высева семян при посевной годности 92% по формуле

$НВ = \frac{m_{1000} х РН х 100}{ ВС}$

$НВ = \frac{38 х 5 х 100}{92}= 206,5$кг/га [15].

Количество (число) растений перед уборкой

$ЧРу = \frac{N}{S}$,

где N – фактическое количество растений (шт.) на площади S (м²) в поле, шт./м² (число растений перед уборкой на 1 м²) [16].

Сохранность растений от всходов до уборки – число растений перед уборкой на 1 м², выраженное в процентах относительно полноты (числа) всходов (В) на 1 м². Определяется по формуле:

$Сохр = \frac{ЧРу}{В х 100}$,

где Сохр. – сохранность растений от всходов до уборки, %, ЧРу – число растений перед уборкой, шт./м², В – число всходов, шт./м², 100 – число для выражения Сохр. в процентах [17].

Выживаемость растений – это число растений перед уборкой на 1 м², выраженное в процентах относительно числа высеянных всхожих семян на 1 м² (нормы высева). Определяется по формуле:

$ВР = \frac{ЧРу}{НВ х 100}$,

где ВР – общая выживаемость, %, ЧРу – число растений перед уборкой, шт./м², НВ – норма высева или число высеянных всхожих семян на 1 м², шт., 100 – число для выражения ВР в процентах.

Биологический урожай, т/га, определяли по формуле:

$Убиол = \frac{ЧРу \times Пр \times ЧЗ \times m1000}{100 000}$,

где ЧРу – число растений на единице площади при уборке урожая на 1 м²; Пр – продуктивная кустистость; ЧЗ – число зерен в колосе, шт.; m₁₀₀₀ – масса 1000 зерен, г, при стандартной влажности 14%, 100 000 – коэффициент пересчета.

Урожайные данные обрабатывались методом дисперсионного анализа по Б. А. Доспехову [4] с применением компьютерной программы STAT-1.

Результаты исследований.

В течении четырех лет изучались изменения количественных признаков, таких как полнота всходов, полевая всхожесть, количество растений перед уборкой, выживаемость и сохранность растений в зависимости от систем обработки почвы – вспашки, рыхления и без механической обработки.

Результаты изучения показателей полноты всходов и полевой всхожести представлены в таблице 1.

Таблица 1. Полнота всходов и полевая всхожесть яровой пшеницы в зависимости от способа обработки почвы, по годам исследований

Известно, что не все высеянные всхожие семена дают всходы, поэтому различают лабораторную и полевую всхожесть. Исследование лабораторной всхожести показало, что в среднем, в годы изучения она оказалась на высоком уровне – 92%. Полевая всхожесть – это количество всходов, выраженное в процентах к количеству высеянных всхожих семян. Полевая всхожесть составила в среднем 80-82%. Наибольшей полевая всхожесть за период исследований была в 2017 году – 85,8%, наименьшей в 2018 г. – 76,7%, в 2019 и 2020 гг. составила по годам – 82,2-78,7%.

Способ обработки почвы отразился на величине полевой всхожести, наибольшее значение было получено по вспашке за весь период исследования, в среднем 82,1%. Данный показатель отличался при рыхлении и без механической обработки в сторону уменьшения значения величины на 0,6 и 2,9%, соответственно.

Следует обратить внимание, что существует понятие «полнота всходов», которое до сих пор многие понимают как синоним полевой всхожести, что неверно. Полнота всходов – это количество всходов, имеющихся на площади, выраженное в процентах или в абсолютном количестве (шт.) к необходимому оптимальному для данных условий количеству растений, т.е. 5 млн на га. Полнота всходов за период исследований была наибольшей в 2017 году – 386 шт./м², наименьшей в 2018 г. – 345 шт./м², в 2019 и 2020 гг. составила 363-359 шт./м². Данные изменения, очевидно, возникли в зависимости от способа обработки почвы.

За весь период исследований наибольшее значение полноты всходов – в среднем 370 шт./м² – наблюдали в варианте по вспашке. Данный показатель в вариантах с рыхлением и без механической обработки отличался в сторону уменьшения на 0,6 и 3%, соответственно.

По величине коэффициента вариации можно определить степень однородности изучаемой совокупности. Если коэффициент вариации выше 33%, совокупность неоднородна, и среднее значение выборки её не характеризует. Полученные коэффициенты вариации по полевой всхожести (2,48…2,69%) и полноте всходов (1,84…1,98%) значительно меньше 10% (тем более 33%), что означает, что изученные совокупности признаков являются слабо колеблющимися и в достаточной степени однородными.

Полевая всхожесть и полнота всходов по годам исследований в основном определялись посевными свойствами семян, запасами влаги в почве, погодными условиями, складывающимися в период после посева, и др. условиями (в том числе зависели от качества подготовки верхнего слоя почвы). Наибольшие значения данных показателей наблюдали по вспашке за весь период исследований – полевая всхожесть 86%, полнота всходов 386 шт./м². Способы обработки почвы – рыхление и без механической обработки приводили к уменьшению значений рассматриваемых показателей на 0,6 и 3%, соответственно.

Продуктивность посевов яровой твердой пшеницы во многом определяется особенностями роста и развития растений в период вегетации, их количеством перед уборкой, выживаемостью и сохранностью к уборке. В таблице 2 представлены результаты определения количества растений перед уборкой, их выживаемость и сохранность.

Таблица 2. Количество растений перед уборкой, сохранность и выживаемость яровой пшеницы в зависимости от способа обработки почвы, за годы исследований

Изменение количества растений перед уборкой за четыре года исследований по всем вариантам обработок почвы было незначительным – от 342 до 315 шт./м². Незначительное варьирование признака показано и коэффициентами вариации, которые оказались равными 1,8-2,2%, т.е. совокупность признака является слабо колеблющейся и считается в достаточной степени однородной.

Сохранность растений от всходов до уборки – это число растений перед уборкой на 1 м², выраженное в процентах относительно числа всходов на 1 м². За период исследований сохранность растений наибольшей была в 2017 году (88,6%), наименьшей (83,0%) – в 2018 г., в 2019 и 2020 гг. 87,0…85,8%. Способ обработки почвы отразился на сохранности растений, наибольшее значение за весь период исследований было по вспашке – в среднем значении 86,7%. Данный показатель по рыхлению и без механической обработки отличался в сторону уменьшения величины на 0,7 и 1,1%, соответственно. Коэффициент вариации имел величины от 6,9 до 7,8% (меньше, чем 10%). Совокупность показателей сохранности растений от всходов до уборки считается в достаточной степени однородной со средней колеблемостью изученного признака.

Выживаемость растений – это число растений перед уборкой на 1 м², выраженное в процентах относительно числа высеянных всхожих семян на 1 м² (нормы высева). Выживаемость растений за период исследований наибольшей была в 2017 году (72,5%), наименьшей (68,7%) – в 2018 г., в 2019 и 2020 гг. имела близкие величины – 72,3… 71,4%. Способ обработки почвы отразился на величине выживаемости растений, за весь период исследований наибольшее значение было по вспашке, в среднем 72,5%. Данный показатель отличался в вариантах с рыхлением и без механической обработки почвы в сторону уменьшения на 2,35 и 2,21%, соответственно. Коэффициент вариации имел величины от 9,9 до 9,3% (довольно близко к 10%, но значительно меньше 33%). Совокупность показателей выживаемости растений считается в некоторой степени однородной с увеличивающейся колеблемостью изученного признака.

За период вегетации яровой твердой пшеницы происходило уменьшение количества растений перед уборкой. Уменьшение за четыре года исследований по всем вариантам обработок почвы было незначительным 335…326 шт./м². Сохранность в посевах 86,7…85,7% и выживаемость 72,4 …70,8% растений. Величины незначительно отличались по годам, зависели от способа обработки почвы. Так, по сравнению со вспашкой, рыхление и вариант без осенней обработки почвы снижали сохранность растений от всходов до уборки на 0,7 и 1,1%, соответственно, выживаемость растений – на 2,35 и 2,21%, соответственно.

Продуктивность сельскохозяйственных культур – один из наиболее многогранных и сложных показателей, на который влияют природные и почвенно-климатические условия, агротехнические мероприятия (такие как обработка почвы), дополняющие природные факторы, сортовые особенности и физиологические факторы, способствующие росту и развитию растений, и множество других факторов, обеспечивающих урожай сельскохозяйственных культур.

Результаты изучения продуктивности яровой твердой пшеницы в 2017- 2020 гг. по показателям – биологический урожай, урожайность зерна яровой пшеницы и оставленная в поле масса соломы – в зависимости от способа обработки почвы представлены в таблице 3.

Таблица 3. Биологический урожай, урожайность зерна яровой пшеницы и масса соломы, оставленной в поле, в зависимости от способа обработки почвы

Биологический урожай составил в среднем 4,59-4,41 т/га. Наибольшее значение биологического урожая за период исследований наблюдали в 2017 году – 5,06 т/га, наименьший в 2018 г. – 3,61 т/га, в 2019 и 2020 гг. составил по годам – 4,81…4,60 т/га. Способ обработки почвы отразился на величине биологического урожая – наибольшее значение величины биологического урожая было по вспашке за весь период исследований, в среднем значение составило 4,59 т/га. Для вариантов рыхление и без механической обработки почвы данный показатель отличался от в сторону уменьшения величины на 2,6 и 3,9%, соответственно.

Урожайность зерна яровой твердой пшеницы составила в среднем 2,64-1,16 т/га. В 2017 году урожайность зерна была наибольшей – 2,64 т/га, наименьшей в 2018 г. – 1,16 т/га, в 2019 и 2020 гг. составила по годам – 2,23…2,01 т/га. Наибольшее значение величины урожайности было по вспашке за весь период исследований, в среднем значение составило 2,10 т/га. Для вариантов рыхление и без механической обработки почвы данный показатель отличался по сравнению со вспашкой в сторону уменьшения величины на 5,2 и 10,9%, соответственно.

Масса соломы, оставленной на поле после съема урожая, составила в среднем 1,46-0,63 т/га. Наибольшая масса соломы за период исследований была в 2017 году и равнялась 1,46 т/га, а наименьшая в 2018 г. – 0,63 т/га, в 2019 и 2020 гг. составила по годам – 1,23…1,12 т/га. Наибольшее значение массы соломы было получено по вспашке за весь период исследований, в среднем значение составило 1,46 т/га. Для вариантов рыхление и без механической обработки почвы данный показатель отличался по сравнению со вспашкой в сторону уменьшения на 4,3 и 11,2%, соответственно.

Коэффициенты вариации значений биологического урожая, урожайности зерна и массы соломы имели величины от 8,6 до 9,8%, т.е. значения, близкие к 10%, но гораздо меньшее, чем 33%. Совокупность показателей изученных признаков считается в некотором приближении однородной с увеличивающейся колеблемостью.

Методом корреляционного анализа получены коэффициенты корреляции урожайности с количественными признаками (с полевой всхожестью – r = 0,63; с полнотой всходов – r = 0,71; с количеством растений перед уборкой – r = 0,57; с выживаемостью растений – r = 0,75; с сохранностью от всходов до уборки – r = 0,58), которые оказались в тесной прямой взаимосвязи признаков.

Изученные показатели продукционного процесса, такие как полнота всходов, полевая всхожесть, количество растений перед уборкой, сохранность и выживаемость растений обеспечили получение оптимальных, для сложившихся погодных условий, величин биологического урожая и урожайности зерна яровой твердой пшеницы, а также накопление оставленной на поле массы соломы в зависимости от систем обработки почвы – вспашка на 20-22 см, рыхление на 10-12 см и без механической обработки в условиях лесостепи Поволжья.

Заключение.

Изученные количественные показатели продукционного процесса в целом зависели от качества подготовки верхнего слоя почвы. Так, на варианте со вспашкой были получены наибольшие значения полноты всходов, полевой всхожести, выживаемости и сохранности растений. Изменение количества растений перед уборкой за четыре года исследований по всем вариантам обработок почвы было незначительным и подтверждалось коэффициентами вариации. На вариантах рыхление и без осенней механической обработки почвы изученные признаки имели меньшие значения. Коэффициенты корреляции урожайности с количественными признаками (с полевой всхожестью – r = 0,63; с полнотой всходов – r = 0,71; с количеством растений перед уборкой – r = 0,57; с выживаемостью растений – r = 0,75; с сохранностью от всходов до уборки – r = 0,58) показали тесную прямую взаимосвязь признаков.

About the authors

Natalia P. Bakaeva

Author for correspondence.
Email: bakaevanp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4784-2072

Doctor of Biological Sciences, Professor

References

Supplementary files