The duration of the growing season and its impact on the productivity and quality of barley grain in the Middle Volga region

Full Text

Проблема потепления климата возникает перед аграриями как проблема реализации продуктивности районированных сортов сельскохозяйственных культур [1], их возможная адаптация к возникшим изменениям. Сложившиеся погодные условия влияют на продолжительность вегетационного периода, срок прохождения фенологических фаз развития растений, и как следствие – на семенную продуктивность и биохимические показатели качества зерна [2]. Отсюда, важно исследовать длительность вегетационного периода и выявить его зависимость от метеоусловий, определить срок прохождения фенологических фаз, при которых растения проходят развитие от всходов до созревания зерна. А также, их влияние на элементы продуктивности, такие как высота растений, масса побега в фазу полного формирования зерна и 1000 зерен, урожайность, биохимические показатели качества – содержание белка, сахаров и крахмала в зерне ярового ячменя сорта Беркут.

Цель исследований: изучить продолжительность вегетационного периода и его влияние на срок прохождения фаз вегетации, продуктивность и биохимические показатели качества зерна ячменя, сформированные в условиях среднего Поволжья.

Материал и методы исследований. Исследования были проведены в 2021-2024 гг. в центральной зоне Самарской области, в полевом стационарном опыте научно-исследовательской лаборатории «Агроэкология» Самарского ГАУ [3]. Метеорологические условия в годы исследований можно охарактеризовать как контрастные, но в целом повторяющие среднемноголетние климатические закономерности [4]. Поэтому полученные в исследованиях данные позволили достаточно достоверно и объективно оценить результаты. Рельеф поля выровненный. Почва опытного поля – чернозем типичный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый [5]. Для посева использовали элитные семена ярового ячменя сорта Беркут. Яровой ячмень размещался в зернопаровом севообороте после яровой пшеницы [6]. Обработка почвы опытного участка соответствовала общепринятой для условий лесостепи региона при возделывании ярового ячменя [7]. Посев проводили рядовым способом на глубину 6-8 см с нормой 4,5 млн всхожих семян/га [8]. Почва в опыте характеризовалась, как слабокислая pHKCl – 5,7 ед., с массовая долей органического вещества 4,1%. Содержание гумуса в пахотном слое почвы в среднем – 6,5% [9]. Обеспеченность этого слоя подвижным фосфором и обменным калием повышенная [10]. Повторность опыта трёхкратная, учётная площадь делянки – 50 м² [11]. Уход за посевами и дальнейшими ростовыми процессами заключался в двукратном рыхлении и прополке, что обеспечивало достаточную чистоту посевов и нормальные условия для роста и развития растений ячменя [12].

Ячмень яровой сорт «Беркут». Сорт относится к среднеспелым. Включен в Государственный реестр по Средневолжскому региону. Разновидность субмедикум (Двурядный ячмень, пленчатый). Представляет собой полупрямостоячий куст, масса 1000 семян: 42-49 г. Средняя урожайность: в регионе 27,7 ц/га. Максимальная урожайность: 57,8 ц/га получена в 2005 г. в Республике Татарстан. Вегетационный период: 72-84 дня. Сорт зернофуражного направления использования. Содержание белка 10,9-12,7%, натурная масса (670-690 г/л). В сорте ярко выражены адаптивные свойства, позволяющие в максимальной степени реализовать потенциал продуктивности на бедных агрофонах, в поздние сроки сева, при засухе. Рекомендуемая норма высева 4,5-5,0 млн всхожих семян на 1 га. [13].

В процессе роста и развития растений осуществляли фенологические наблюдения, сроки их наступ-ления по общепринятой методике [14]. Высоту растений определяли от начала надземной части побега до верхушки самого высокого побега, включая длину остей, в фазу молочной спелости зерна [15]. Массу побега в фазу полного формирования зерна и массу 1000 зерен определяли в строгом соответствии с методиками, регламентированными соответствующими государственными стандартами [16]. Для определения содержания белка и крахмала в исследуемых растительных образцах был применен метод Къельдаля в модификации Ер-макова, который является признанным стандартом в данной области и обеспечивает высокую точность и вос-производимость результатов. (1987) [17]. Содержание крахмала в зерне пшеницы определяли в модификации Н. И. Ястрембовича и Ф. Л. Калининой (1962) [18]. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом дис-персионного анализа по Доспехову (1985) [19], корреляционного и регрессионного анализов с использовани-ем программы Statistica-1 [20].

Результаты исследований. Результаты определения гидротермического коэффициента (ГТК) по фазам развития и весь период вегетации, продолжительность межфазных сроков произрастания растений ярового ячменя представлены в таблице 1.

Данные таблицы 1 демонстрируют значения гидротермического коэффициента по фазам развития растений от посева до полной спелости и весь период вегетации по годам за 2021-2024 гг. в сравнении со среднемноголетними значениями; 2021 год можно охарактеризовать как острозасушливый ГТК = 0,47. От засухи растения страдали в фазах всходы-кущение, выход в трубку-колошение, и особенно – в период созревания, ГТК в эту фазу был равен 0,1. Вегетация 2024 года протекала в засушливых условиях по сравнению со среднемноголетним годом, ГТК был равен 0,6. Особенно не хватало влаги в фазы кущение-выход в трубку и колошение-полная спелость, ГТК = 0,28 и 0,26, соответственно. Два года – 2022 и 2023 год из изученных, в целом повторяют среднемноголетние климатические закономерности.

Таблица 1

ГТК и продолжительность вегетационного периода по фазам развития растений ярового ячменя

Продолжительность межфазных периодов различалась по годам исследования [21]. В 2021 году продолжительность фаз и в целом период вегетации 74 дня были самые короткие, т. к. рост, развитие и формирование урожая протекало в самый засушливый год из четырехлетних наблюдений. Также в засушливом 2024 году, но в меньшей степени чем в 2021 году, фазы развития удлинялись и в целом, период вегетации составил 76 дней. Однако 2022 и 2023 годы характеризовались лучшими температурными условиями и достаточным количеством осадков по всем фазам развития и периода вегетации, ГТК приближался к среднемноголетним значениям.

Так, анализ представленных показателей ГТК по годам, по фазам развития и за период вегетации растений ячменя, показывает, что общая продолжительность вегетационного периода увеличивалась при понижении температуры воздуха и выпадении обильных осадков, и, наоборот, сокращалась в засушливые годы, точнее, в 2021 и 2024 продолжительность вегетационного периода составила 74 и 76 суток, в 2022 и 2023 годы – 80 и 78 суток.

Показатели продуктивности, такие как высота растений, масса побега в фазу полного формирования зерна и 1000 зерен, урожайность зерна ячменя и содержание в нем белка, сахаров и крахмала представлены в таблице 2.

Таблица 2

Высота растений, масса побега и 1000 зерен, урожайность, содержание белка и крахмала в зерне ячменя, за период исследования

Высота растений по годам исследования изменялась в пределах от 59 до 68 см, в средним – 63,8 см. Этот показатель относится к числу слабо изменчивых признаков. Изменения составили 1,14 раза или 12,6%. Коэффициент вариации за годы изучения находился в пределах от 5,2% до 9,3%.

В 2022 и 2023 годах, характеризующихся лучшими температурными условиями и достаточным количеством осадков были получены наибольшие массы побегов в фазу полного формирования зерна 3,2-3,8 г, в засушливые годы – 1,3-2,2 г, уменьшение массы в среднем произошло в 2,9 раза или 34%.

Величина урожайности зерна, полученная в неблагоприятном для развития ярового ячменя 2021 году, оказалась самой низкой – 16,5 ц/га. Разница между минимальной и максимальной урожайностью, полученной в 2022 году, составила 10,2 ц/га или 1,62 раза (38,2%).

Самая низкая масса 1000 зерен была получена в засушливом 2021 году – 40,5 г, максимальная – в благоприятном 2022 году – 47,2 г, разность составила – 1,2 раза или 14,2%.

Накопление белка в зерне зависит от многих факторов, тем более от ГТК, так наименьшие показатели 10,7 и 11,1% были получены в 2022 и 2023 годах, наиболее благоприятных, а в засушливых высокие – 12,1 и 12,5%, изменение составило в 1,2 раза или 14,4%.

Важность сахаров для растений заключается во влиянии их содержания на развитие растений и особенно на рост растений. Самое низкое содержание суммы сахаров было получено в засушливом 2021 году – 2,58%, самое высокое – в близком к среднемноголетнему, в 2022 году – 2,83%, разность составила 1,1 раза или 8,83%. Данная зависимость распределения показателей соответствует данным, полученным для высоты растений.

Крахмал является составной частью зерна злаковых культур, в том числе ячменя, на его содержание и свойства существенно влияют условия, в которых он формируется. Содержание крахмала за период изучения, изменялось незначительно, от 44,4 до 46,4%, т. е. в 1,1 раза или 4,3%, наиболее высокие показатели получены в годы, соответствующие среднемноголетним значениям.

Так, в 2022 и 2023 годах, характеризующимися лучшими температурными условиями и достаточным количеством осадков были получены наибольшие массы побегов и 1000 зерен, урожайность зерна, превышения по сравнению с 2021 и 2024 гг. составили в 2,9; 1,2 и 1,6 раза или 34,0; 14,4 и 38,2%, соответственно. Полученные значения высоты растений, суммы сахаров и содержание крахмала за годы исследований показали, что данные показатели менялись незначительно по 1,1, раза или 12,6; 8,8 и 4,3%, соответственно. Наименьшими по накоплению белка в зерне оказалось величины 10,7 и 11,1%, которые были получены в 2022 и 2023 годах, наиболее благоприятных, а в засушливых – высокие 12,1 и 12,5%, изменение составило в 1,2 раза или 14,4%.

Корреляционным анализом полученных данных установлена достоверная на 1% уровне значимости связь урожайности зерна, массы 1000 зерен, белка, сахаров и крахмала от продолжительности фаз развития растений и периода вегетации (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициенты корреляции (r) урожайности, массы 1000 зерен, белка, крахмала от продолжительности фаз развития растений и периода вегетации, в среднем за период изучения

Величины коэффициентов корреляции признаков фаз развития растений, периода вегетации, урожайности и массы 1000 зерен показали, что связи положительные, но различаются теснотой, наименьшие в начале вегетации (r = 0,28 и r = 0,22, соответственно), затем усиливаются в полной спелости до существенной или высокой (r = 0,88 и r = 0,63, соответственно).

Установлена обратная и слабая зависимость между начальными фазами развития посев-кущение и содержанием белка, сахаров и крахмала, r = -0,11… -0,27, при последующих фазах развития выход в трубку-полная спелость прослеживается линейная положительная зависимость, которая имеет тенденцию возрастать от слабой к умеренной и до высокой 0,22…0,47…0,76.

Так, в результате проведенных исследований определены важные корреляционные связи между продолжительностью фаз развития растений, периодом вегетации и основными признаками урожайностью, массой 1000 зерен, белком, крахмалом. Если для показателей урожайности, массы 1000 зерен и фазами развития растений связи положительные, но различаются теснотой, наименьшие или слабые в начале вегетации, затем усиливаются в полной спелости до существенной или высокой. Для содержания белка, сахаров и крахмала коэффициенты определены как обратные в начальных фазах развития растений, затем при выходе в трубку-полная спелость прослеживается линейная положительная зависимость, которая имеет тенденцию возрастать от слабой к умеренной и до высокой.

Заключение. Получены значения гидротермического коэффициента (ГТК) по фазам развития и за весь период вегетации, продолжительность межфазных сроков роста и развития растений ярового ячменя. Анализ показателей, представленных ГТК по годам, по фазам развития и за период вегетации растений ячменя, показывает, что общая продолжительность вегетационного периода увеличивалась при понижении температуры воздуха и выпадении обильных осадков, и, наоборот, сокращалась в засушливые годы.

Для показателей продуктивности, таких как масса побега и 1000 зерен, урожайность в 2022 и 2023 годах, характеризующихся лучшими температурными условиями и достаточным количеством осадков были получены наибольшие значения по сравнению с неблагоприятными 2021 и 2024 гг., превышения составили 2,9; 1,2 и 1,6 раза или 34,0; 14,4 и 38,2%, соответственно. Полученные значения высоты растений, суммы сахаров и содержания крахмала за годы исследований показали, что данные признаки относится к числу слабо изменчивых, и что они менялись незначительно по 1,1, раза или 12,6; 8,8 и 4,3%, соответственно. Наименьшими по накоплению белка в зерне, оказались величины 10,7 и 11,1%, которые были получены в 2022 и 2023 годах, наиболее благоприятных, а в засушливых – высокие 12,1 и 12,5%, изменение составило в 1,2 раза или 14,4%.

Корреляционным анализом полученных данных установлена достоверная на 1% уровне значимости связь урожайности зерна, массы 1000 зерен, содержания белка, суммы сахаров и крахмала от продолжительности фаз развития растений и периода вегетации. В результате проведенных исследований определены важные корреляционные связи между продолжительностью фаз развития растений, периодом вегетации и основными признаками: урожайностью, массой 1000 зерен, содержанием белка, сахаров и крахмала. В случае с урожайностью, массой 1000 зёрен и фазами развития растений, наблюдается положительная корреляция, но её интенсивность меняется в течение вегетационного периода. В начале сезона она слабая или незначительная, но к моменту полной спелости усиливается до заметной или значительной. Для содержания белка, суммы сахаров и крахмала коэффициенты определены как обратные в начальных фазах развития растений, затем при выходе в трубку-полная спелость прослеживается линейная положительная зависимость, которая имеет тенденцию возрастать от слабой к умеренной и до высокой.

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