Реализация адаптивного потенциала продуктивности озимой ржи в условиях региональных климатических изменений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реализация адаптивного потенциала продуктивности озимой ржи в условиях региональных климатических изменений

Кедрова Л.И.,

Уткина Е.И.,

Шамова М.Г.,

Набатова Н.А.

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока

Аннотация

В условиях изменения биоклиматического потенциала, существенно влияющего на современное агропроизводство, раскрыть продуктивные возможности современных сортов представляется возможным только путем совершенствования технологии возделывания. Ранее проведенные исследования гидротермических условий Кировской области за 1977-2017 гг. выявили устойчивое повышение температуры воздуха в сентябре-октябре на 0,055°С в год, что приводит к удлинению периода осенней вегетации зимующих растений до 10 дней, а, следовательно, к перерастанию, повреждению вредителями и поражению снежной плесенью. Целью работы было выявление условий реализации адаптивного потенциала продуктивности сорта озимой ржи Фаленская 4 с учетом региональных изменений климата на основе корректировки сроков посева и плотности агрофитоценоза. Изучение проведено в ФАНЦ Северо-Востока в два этапа: 2008-2010 гг. - изучено 4 срока посева (20, 25, 30 августа и 5 сентября) с ранее установленной нормой высева 6 млн. всхожих семян на 1 га; 2014-2017 гг. - расширено исследование сроков посева при разной плотности агроценоза (3, 4, 5, 6, 7 млн.). За контроль принят рекомендуемый в регионе оптимальный срок - 20 августа с коэффициентом высева 6 млн. всхожих семян на 1 га. Доказано влияние сроков посева на зимостойкость, которая зависит в регионе от поражения снежной плесенью (Microdochium nivale (Fr.) - одним из самых распространенных и вредоносных фузариозных заболеваний в условиях северного земледелия. Развитие заболевания на первом сроке посева (2008-2010 гг.) составило 96,0%; на втором - 77,5%; на третьем и четвертом - 63,3 и 50,0 %, соответственно. При раннем посеве происходит интенсивный рост растений, которые являются провокационным фоном для развития снежной плесени, повреждаются шведской мухой, поражаются мучнистыми и ржавчинными заболеваниями, подвержены угнетению зимующими сорняками, что снижает урожайность и ухудшает биологические оптимумы производства зерна. Посев 25 и 30 августа обеспечил прибавку урожайности к контролю на 0,17 и 0,24 т/га, соответственно. В 2014-2017 гг. максимальная урожайность сорта (4,48 и 4,47 т/га) сформирована при посеве 25-30 августа с коэффициентом высева 5 и 6 млн. Увеличение количества растений за счет высокой нормы высева (7,0 млн.) экономически не оправдывает дополнительного расхода семян. В условиях региона поздний посев озимой ржи недопустим при любой норме высева, урожайность сорта составила 2,26-2,82 т/га. Средние многолетние данные (2008-2010; 2014-2017 гг.) показали, что посев 25 и 30 августа (коэффициент 6 млн.) превысил контроль по урожайности на 0,34 и 0,42 т/га, соответственно. Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют, что в типичные по влаго- и теплообеспеченности годы оптимальным сроком посева сорта является период 25-30 августа, т.е. на 5-10 дней позднее по сравнению с ранее установленными. Реализация адаптивного потенциала продуктивности возможна при плотности агроценоза 5-6 млн. всхожих семян на 1 га. Внедрение сорта озимой ржи Фаленская 4 на Северо-Востоке европейской части России должно базироваться на адаптации агротехнологии к региональным климатическим изменениям, что обеспечит эффективность производства зерна, не нарушая стабильности агроэкосистем в регионе.

Ключевые слова: ОЗИМАЯ РОЖЬ, ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА, СОРТ, СРОКИ ПОСЕВА, ПЛОТНОСТЬ АГРОЦЕНОЗА, ЗИМОСТОЙКОСТЬ, СНЕЖНАЯ ПЛЕСЕНЬ, УРОЖАЙНОСТЬ

Введение

Химико-техногенной направленности интенсификации сельскохозяйственного производства неизбежно противопоставляются биологизация и экологизация развития растениеводства. Озимая рожь является наиболее приспособленной зерновой культурой, способной расти на низкоплодородных почвах практически без удобрений и химической защиты, т.е. позволяет получать экологически чистую и здоровую продукцию. Неблагоприятные почвенно-климатические ресурсы северных территорий и регионов средней полосы России не могут быть эффективно использованы без расширения посевов озимой ржи [1, 2]. Низкозатратная экологически безопасная технология производства зерна ржи должна базироваться на внедрении адаптивных для конкретного региона сортов и обязательном соблюдении требований возделывания.

Сорт стоит в основе повышения устойчивости экономической эффективности, биологизации, природоохранности и экологичности сельскохозяйственного производства. Особенно велика генетически обоснованная адаптивная способность сорта в северном земледелии России, подверженном неблагоприятным почвенно-климатическим и погодным условиям [3]. посев рожь зимостойкость

Уникальные условия расположения Северо-Восточного селекцентра по разнообразию почв и гидротермическому режиму позволяют создавать адаптивные долговечные сорта ржи для широкого ареала распространения [4]. Примером тому являются непревзойденные по зимостойкости, адаптивности и кислотоустойчивости сорта Вятка и Вятка 2. Современные сорта Северо-Восточного селекцентра созданы с привлечением источников доминантного типа короткостебельности, что позволило снизить высоту соломины зимостойких сортов рецессивного типа и повысить устойчивость к полеганию. В настоящий период наиболее востребованы в производстве сорта Фаленская 4, Рушник, Флора и Графиня.

В условиях повсеместного изменения биоклиматического потенциала, существенно влияющего на современное агропроизводство [5, 6], раскрыть продуктивные возможности современных сортов на примере сорта Фаленская 4 представляется возможным только путем совершенствования технологии возделывания, их адаптации к изменениям климата [7, 8].

Следует учитывать, что растения озимых зерновых культур больше, чем яровые, подвержены климатическим изменениям, которые негативно влияют на зимостойкость и формирование устойчивого урожая с высоким качеством продукции.

Для озимой ржи важное значение имеют условия осенней вегетации. Ранее проведенные исследования гидротермических условий Кировской области за 1977-2017 гг. выявили устойчивое повышение температуры воздуха в сентябре-октябре на 0,055°С в год, что приводит к удлинению периода осенней вегетации зимующих растений до 10 дней, а, следовательно, к перерастанию, повреждению вредителями и поражению снежной плесенью [9].

Цель исследований - выявить условия реализации адаптивного потенциала продуктивности озимой ржи на примере сорта Фаленская 4 с учетом региональных изменений климата на основе корректировки сроков посева и плотности агрофитоценоза.

Материалы и методы

Сорт озимой ржи Фаленская 4 характеризуется потенциалом продуктивности более 9 т/га, высокой зимостойкостью и регенерационной способностью после поражения снежной плесенью, хорошими хлебопекарными свойствами. Внесен в Госреестр селекционных достижений (1999 г.) по Северному, Северо-Западному, Центральному и Волго-Вятскому регионам РФ. По рейтингу высеянных семян среди возделываемых в стране около 100 сортов озимой ржи сорт Фаленская 4 стоит в первой пятерке, что говорит о востребованности его в производстве. Необходимость корректировки технологии возделывания сорта в условиях изменяющегося климата определяет актуальность научных исследований.

Отработка элементов технологии возделывания сорта проведена в два этапа: в 2008-2010 гг. изучено 4 срока посева (20, 25, 30 августа и 5 сентября) с ранее установленной нормой высева 6 млн. всхожих семян на 1 га; в 2014-2017 гг. расширено изучение сроков его посева при разной плотности агроценоза (3, 4, 5, 6, 7 млн. всхожих семян на 1 га). За контроль принят рекомендуемый в регионе оптимальный срок - 20 августа с коэффициентом высева 6 млн. всхожих семян на 1 га. Учетная площадь делянки - 10 м 2. Повторность опыта - 4-хкратная.

Полевые опыты проведены в ФАНЦ Северо-Востока (центральная часть Кировской области). Почва опытных участков - дерново-подзолистая среднесуглинистая; рНсол -5,0…5,4; Р 2О 5 - 334…349 мг/кг; К 2О - 253 мг/кг; гумус - 3,08…3,72 %.

Расчет параметров развития растений, оценка устойчивости к болезням и вредителям, учет и структура урожайности проведены в соответствии с "Методическими указаниями по селекции и семеноводству озимой ржи" (1980) [10], Методикой Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1983) [11], Международным классификатором СЭВ рода Secale L. (1984) [12]. Экспериментальный материал обрабатывали методом дисперсионного анализа [13] и с использованием пакета селекционно-генетических программ "AGROS 2.07". Экономическая эффективность рассчитана в соответствии с "Методическими указаниями…" (2008) [14].

Контрастные гидротермические условия в годы проведения опытов позволили выявить возможности сорта при различных условиях произрастания.

Результаты исследований

На Северо-Востоке Нечерноземья России зимостойкость сортов озимой ржи является первостепенным лимитирующим фактором получения стабильного урожая зерна. Прямая зависимость урожайности от уровня зимостойкости подтверждена (2008-2017 гг., конкурсное сортоиспытание) в результате исследования связей между признаками по методу корреляционных колец П.В. Терентьева (1959) [15].

Зимостойкость, в свою очередь, определяется степенью поражения посевов снежной плесенью (основной возбудитель Microdochium nivale (Fr.) Samuels et. Hallet. - син. Fusarium nivale (Fr.) Ces.) как одним из самых распространенных и вредоносных фузариозных заболеваний в условиях северного земледелия. На низкоплодородных почвах повышенной кислотности, которых в Северо-Восточном регионе более 70%, степень поражения болезнью повышается на 36%, а регенерационная способность растений ослабевает на 24% [16]. Вредоносность данного заболевания определяется снижением урожая на 15-25 % и ухудшением качества продукции. Фитосанитарный мониторинг показал, что эпифитотийность поражения посевов ржи в последние 20 лет проявляется практически ежегодно, тем самым усугубляя экологические риски северных территорий страны. Ухудшение фитосанитарной обстановки обусловлено несоблюдением технологии возделывания, повсеместным изменением погодных условий, снижением культуры земледелия, воздействием человека на окружающую среду.

Наиболее эффективными и экологически безопасными факторами для снижения развития данного заболевания являются сорта, способные активно регенерировать весной, и сроки посева, регулирующие рост и развитие растений в осенний период. Следует отметить, что в мировом генофонде отсутствуют сорта озимой ржи, не поражаемые снежной плесенью, но среди них существуют толерантные к поражению данным заболеванием [17]. Сорт Фаленская 4 по устойчивости к фузариозной инфекции не уступает проверенному временем отечественному эталону - сорту Вятка 2.

Влияние сроков посева на поражение снежной плесенью неоспоримо доказано проведенными исследованиями. В среднем за 2008-2010 гг. развитие заболевания на вариантах опыта составило: 96,0% на первом сроке посева 20 августа; 77,5% - на втором; 63,3 и 50,0 % - на третьем и четвертом, соответственно. Разница поражения объясняется неодинаковым уровнем развития растений. Как правило, на первом сроке посева происходит интенсивный рост растений и конуса нарастания, в результате чего задерживается прохождение первой фазы закалки, зимостойкость снижается на 20-50 % [1]. Переросшие, сильно раскустившиеся растения при повышенных температурах на глубине залегания узла кущения являются провокационным фоном для активного развития снежной плесени. Динамичное снижение процента поражения снежной плесенью в зависимости от сроков посева (100, 78, 59 и 10 %) наблюдалось в 2015 г., когда метеоусловия перезимовки приближались к типично сложным для региона агроклиматическим ресурсам по высоте снегового покрова (50-60 см) и минимальной температуре на глубине залегания узла кущения до -1°С при биологических требованиях культуры - 30 см и -7…-8 °С, соответственно. Меньшее развитие заболевания на вариантах 25 и 30 августа (коэффициент 6 млн.) обеспечило превышение урожайности к контролю (20 августа) на 0,33 и 0,47 т/га, соответственно. Растения сентябрьского срока посева, хотя и меньше были подвержены заболеванию, но значительно (на 1,46 т/га) снизили урожайность в силу слабого своего развития.

Если ранние посевы перерастают, подвергаясь болезням и вредителям, то растения позднего посева (5 сентября) не успевают пройти подготовку к зимнему периоду, накопить оптимальное количество углеводов, имеют слабую корневую систему, недостаточно развитую площадь ассимиляционной поверхности, подавляются сорной растительностью. В результате при меньшем поражении снежной плесенью они не способны обеспечить хороший и качественный урожай.

Помимо снежной плесени, к недобору урожая в регионе может привести сильное повреждение растений ранних посевов шведской мухой (Oscinella frit L.). Высокое повреждение вредителем отмечено в 2009 г., когда при посеве 20 августа оно составило 35,1%, а через 10 дней после посева - 12,4%, т.е. почти в три раза меньше [18].

В дальнейшем ослабленные растения поражаются мучнистыми и ржавчинными заболеваниями, больше подвержены развитию корневых гнилей, фузариоза колоса и спорыньи. Это приводит к снижению урожая, ухудшению качественных показателей зерна и семян. Положение усугубляется тем, что на поврежденных ослабленных посевах активизируется рост зимующих сорняков. Весной для их подавления требуется обработка гербицидами, что создает дополнительный прессинг негативных воздействий на природу.

Только посев в оптимальные сроки может раскрыть продуктивный потенциал сорта и обеспечить стабильную урожайность. В исследованиях 2008-2010 гг. средняя урожайность сорта Фаленская 4 свидетельствовала о том, что оптимальные сроки посева следует перенести на 5-10 дней позднее от ранее принятого периода 10-20 августа. Посев 25 и 30 августа обеспечил прибавку урожайности к контролю (5,30 т/га) на 0,17 и 0,24 т/га, соответственно.

Наибольшая урожайность сорта получена при посеве 25-30 августа (рис. 1) в разные по гидротермическим условиям годы (2008 г. - благоприятные; 2009 г. - влагообеспеченность в пределах нормы, осенняя температура воздуха выше среднемноголетних значений; 2010 г. - осеннее перерастание растений, острый дефицит влаги и повышенная температура в период налива и созревания зерна).

Рис. 1. Влияние срока посева озимой ржи на урожайность в разные по погодным условиям годы

Оптимальное количество растений и продуктивных стеблей на единице площади определяет фотосинтезирующую поверхность посева, обеспечивая условия экологически безопасной технологии формирования урожая. Поэтому в ходе дальнейших экспериментальных исследований 2014-2017 гг. сроки посева сорта изучались при разных нормах высева. В ранний срок посева (20 августа) доказано снижение урожайности, независимо от плотности агрофитоценоза (3-7 млн. всхожих семян на 1 га), таблица 1. Перерастание растений и поражение фузариозом происходит даже в условиях повышенной плотности растений при коэффициенте 7 млн.

Таблица 1. Средняя урожайность сорта Фаленская 4 в зависимости от сроков посева и коэффициентов высева, т/га (2014-2017 гг.)

Максимальная урожайность сорта Фаленская 4 сформирована в лучших условиях агрофитоценоза при посеве 25-30 августа: 4,48 т/га (коэф. 5 млн.) и 4,47 т/га (коэф. 6 млн.).

Увеличение количества растений за счет высокой нормы высева (7,0 млн.) не оправдывает дополнительного расхода семян, снижает устойчивость посевов к полеганию, ухудшает экономические показатели и качество зерна. Для ускоренного размножения оригинальных семян в условиях высокого почвенного плодородия возможно уменьшение нормы высева до 4,0 млн. при посеве в рекомендуемые сроки.

Исследования показали, что в условиях региона поздний посев озимой ржи недопустим при любой норме высева, средняя урожайность сорта Фаленская 4 за эти годы составила всего 2,26-2,82 т/га.

Анализ многолетних данных изучения сорта озимой ржи Фаленская 4 при коэффициенте высева 6 млн. всхожих семян на 1 га свидетельствует о том, что средние показатели 2-го и 3-го сроков посева, благодаря лучшим условиям развития растений, обеспечили прибавку урожайности к контролю на 0,34 и 0,42 т/га, соответственно (табл. 2).

Таблица 2. Влияние срока посева на урожайность сорта озимой ржи Фаленская 4, т/га

Однако нехарактерные для региона условия вегетации по тепло- и влагообеспеченности в 2016 и 2017 гг. благоприятствовали активному развитию растений на первом сроке посева, что обеспечило урожайность, равную или выше в сравнении со 2 и 3 сроком. В 2016 г. произошел ранний сход снега и быстрое развитие растений на 1 сроке посева в силу более развитой корневой системы и эффективного использования запасов почвенной влаги. Это благоприятно сказалось на формировании урожайности в условиях дефицита влаги в фазы выхода в трубку и колошения. В 2017 г. в эти периоды вегетации наблюдалась низкая температура воздуха (на 3,2° ниже нормы), что значительно затормозило развитие растений. Колошение, к примеру, началось на 17-20 дней позднее обычного. В таких условиях растения раннего срока посева (20 августа) также эффективно использовали запасы почвенной влаги и тепла и тем самым сформировали урожайность практически на уровне оптимальных сроков. Анализ структуры урожая показал, что при посеве 20 августа в 2016 и 2017 гг. повышенная продуктивность сорта была сформирована за счет увеличения длины колоса, числа зерен в колосе и массы зерна с колоса (на 10,5-17,2 %).

Расчет экономической эффективности возделывания сорта озимой ржи Фаленская 4 позволил установить, что при соблюдении рекомендуемых оптимальных сроков посева 25 и 30 августа и плотности агроценоза 6 млн. всхожих семян на 1 га чистый доход обеспечен за счет прибавки урожайности на 1,2-1,7 тыс. руб./га. Рентабельность производственных затрат составила 108,1-110,7 %, соответственно.

Выводы

На Северо-Востоке европейской части России стабильное производство зерна озимой ржи сорта Фаленская 4 должно базироваться на адаптации агротехнологии к региональным климатическим изменениям. В качестве меры адаптационной технологии рекомендуется смещение срока посева озимой ржи на 5-10 дней позднее по сравнению с ранее установленными. В типичные по влаго- и теплообеспеченности годы оптимальным сроком посева является период 25-30 августа. Реализация адаптивного потенциала продуктивности возможна при плотности агроценоза - 5-6 млн. всхожих семян на 1 га. Внедрение сорта озимой ржи Фаленская 4, с учетом корректировок технологии возделывания в условиях изменяющегося климата, обеспечит эффективность производства зерна, не нарушая стабильности агроэкосистем в регионах.

Список использованных источников

1. Урбан Э.П. Озимая рожь в Беларуси: селекция, семеноводство, технология возделывания. - Минск: Беларус. Навука. - 2009. - 269 с.

2. Гончаренко А.А. Актуальные вопросы селекции озимой ржи. - М. - 2014. - 372 с.

3. Жученко А.А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы) - Теория и практика. - М.: Изд-во Агрорус. - 2009, том III. - 958 с.

4. Уткина Е.И. О методах и результатах селекции озимой ржи в НИИСХ Северо-Востока. Методы и технологии в селекции растений: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с Международным участием. - Киров: НИИСХ Северо-Востока. - 2014. - С. 17-24.

5. IPCC Sammary for policymakers. In: Climate change 2014: Impacts, adaptation, and vulnerability. Part A: Global and sectoral aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report to the Intergovernmental Panel on Climate Change / C.V. Field, V.R. Barros, G.J. Dokken, K.J. Mach, M.D. Mastrandrea, T.E. Bilir, M. Chatterjee, K.L. Ebi, Y.O. Estrada, R.C. Genova, B. Girma, E.S. Kissel, A.N. Levy, S. MacCracken, P.R. Mastrandrea, L.L. White (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, NY, 2014: 1-32.

6. Hijmans R.J. The effect of climate change on global potato production. Am. J. Potato Res., 2003, 80: 271-280.

7. Menzel A., von Vopelius J., Estrella N., Schleip C., Dose V. Farmers' annual activities are not tracking speed of climate change. Climate Res., 2005, 32: 201-207.

8. Iglesias A., Garrote L., Quiroga S., Moneo M. Impacts of climate change in agriculture in Europe. PESETA- Agriculture study. Joint Research Centre, Institute for Prospective Technological Studies, Luxembourg, 2009.

9. Уткина Е.И., Кедрова Л.И., Шляхтина Е.А., Парфенова Е.С., Шамова М.Г., Сысуев В.А., Чанчжун Ж. Реакция сорта озимой ржи Фаленская 4 в экстремальных условиях средовых факторов // Достижения науки и техники АПК. - 2015, т. 29, № 11. - С. 55-57.

10. Методические указания по селекции и семеноводству озимой ржи. - М. - 1980. - 97 с.

11. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. - М. - 1983, вып. 1. - 230 с.

12. Международный классификатор СЭВ рода Secale L. ВИР. - Л. - 1984. - 43 с.

13. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - М.: Колос. - 1985. - 351 с.

14. Кокурин Т.П. Методические указания по расчету экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских работ, изобретений и рационализаторских предложений для условий Северо-Востока европейской части РФ. - Киров. - 2007. - 34 с.

15. Терентьев П.В. Метод корреляционных плеяд // Вестник ЛГУ. - 1959, №9. - С. 137-141.

16. Kedrova L., Saveljev Y., Sheshegova T., Shirokhih I., Lisitsyn E. Selection of winter rye (Secale cereal L.) for aluminum and acid resistance. Proceedings of the EUCARPIA Rye Meeting - July 4-7, 2001, Radzikow, Poland: 389-393.

17. Ovsyankina A.V. Iskhodnyj material v selekcii ozimoj rzhi k snezhnoj pleseni [Initial material in breeding of winter rye to snow mold]. Plodovodstvo i yagodovodstvo Rossii, 2012, V. 34, no 2: 78-81.

18. Щеклеина Л.М., Шешегова Т.К., Уткина Е.И. Шведская муха на посевах озимой ржи в Кировской области // Аграрная наука Евро-Северо-Востока,. - 2014, № 3 (40). - С. 4-7.

Цитирование

Кедрова Л.И., Уткина Е.И., Шамова М.Г., Набатова Н.А. Реализация адаптивного потенциала продуктивности озимой ржи в условиях региональных климатических изменений // АгроЭкоИнфо. - 2019, №3. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2019/3/st_320.doc.