Продолжительность вегетационного периода и его влияние на продуктивность и качество зерна ячменя в Среднем Поволжье

Полный текст

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.

Об авторах

Наталья Павловна Бакаева

Автор, ответственный за переписку.
Email: bakaevanp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4784-2072

доктор биологических наук, профессор

Список литературы

Дополнительные файлы