Содержание к диссертации
Введение
1. Роль экологических и сортовых особенностей в формировании технологических и хлебопекарных качеств зерна яровой мягкой пшеницы (обзор литературы)
1. 1. Основные показатели технологических и хлебопекарных качеств зерна яровой мягкой пшеницы 7
1. 2. Технология возделывания и качество зерна пшеницы 14
1. 3. Роль сорта в формировании технологических качеств зерна 22
1. 4. Формирование технологических качеств зерна в связи с экологическими условиями 25
2. Биоклиматический потенциал зоны, материал и методы исследования
2. 1. Особенности почвенно-климатических условий 44
2. 2. Характеристика изученного материала 49
2.3. Методы оценки и обработки экспериментальных данных 60
3. Характер изменчивости экологических условий и технологических качеств зерна в сортовом разрезе во времени и в пространстве
3. 1. Характеристика тепло- и влагообеспеченности периода вегетации в годы исследований 63
3. 2. Характеристика тепло- и влагообеспеченности периода налив-созревание в пунктах исследований 66
3.3. Изменчивость показателей качества зерна 70
3. 4. Характер варьирования показателей муки и хлеба 79
3.5. Изменчивость показателей объёма хлеба и урожайности яровой пшеницы 90
4. Влияние метеоусловий на характер формирования технологических качеств зерна яровой пшеницы
1. Связь технологических качеств зерна пшеницы с влагообеспеченностью растений 96
2. Роль температурного фактора в формировании технологических качеств зерна яровой пшеницы 100
3. Влияние величины ГТК на технологические качества зерна 106
Хозяйственно-биологическая модель сорта яровой пшеницы по технологическим качествам
1. Требования к идеальному сорту ценной и сильной пшеницы 110
2. Соответствие изученных сортов требуемой модели 114
3. Перспективы повышения технологических качеств зерна
яровой пшеницы 124
Выводы 129
Предложения селекционным учреждениям 131
Список литературы 132
Приложения
- Основные показатели технологических и хлебопекарных качеств зерна яровой мягкой пшеницы
- Особенности почвенно-климатических условий
- Характер варьирования показателей муки и хлеба
Введение к работе
Одним из важнейших регионов возделывания яровой пшеницы в России является Сибирь. Степные и лесостепные зоны Сибири имеют большие возможности для производства высококачественного зерна с хорошими и отличными хлебопекарными качествами и высокой силой муки. По площади посева всех зерновых культур яровая пшеница занимает до трёх четвертей. Наряду с задачами повышения урожайности большое значение имеет улучшение его качественных показателей. Качество зерна - это второй урожай. Решение этой проблемы требует всестороннего изучения возможностей науки и практики формировать качественное зерно на всех этапах производства. В этом направлении необходимо внедрять лучшие сорта, использовать в нужном направлении климатические ресурсы, проводить интенсивную технологию возделывания для влияния на химический состав зерна.
Актуальность темы.
Яровая мягкая пшеница является основной продовольственной культурой не только в Красноярском крае, но и в Восточной Сибири. Поскольку основные объёмы производимого зерна используются для нужд хлебопечения, в современных условиях важная роль уделяется технологическим качествам получаемого зерна. В связи с переводом на самообеспечение высококачественным зерном районов Восточной Сибири и невозможностью ввоза из Западных областей России зерна пшениц -улучшителей, перед селекционерами поставлена задача создания сортов мягкой яровой пшеницы с высокими мукомольными и хлебопекарными качествами.
Формирование урожая яровой пшеницы и её качества в лесостепи Красноярского края происходит под влиянием сложного комплекса метеоусловий и зависит как от экологических, так и сортовых особенностей. Хлебопекарные качества яровой пшеницы определяются комплексом показателей зерна, муки и хлеба, определяемых в лабораториях
5 технологической оценки качества существующих селекцентров. Обработка многолетних данных по качественной оценке позволит выявить характер их изменчивости под влиянием экологических условий, определить стабильные признаки качества и наметить пути совершенствования вновь выводимых сортов.
Цель и задачи исследований
Цель исследований заключается в определении влияния экологических и сортовых особенностей на характер формирования урожая мягкой яровой пшеницы и его технологических качеств в лесостепи Красноярского края. В процессе исследований решались следующие задачи:
1. Собрать базу данных метеопоказателей периода вегетации по
данным метеостанций зоны и технологических качеств зерна по результатам
конкурсного сортоиспытания КНИИСХ и КрасГАУ.
Установить характер изменчивости метеопоказателей во времени и в пространстве в трёх географических пунктах Красноярской лесостепи.
Определить сортовые и экологические особенности формирования урожая и его качества во времени и в пространстве.
Выявить связь технологических качеств зерна с метеопоказателями периода вегетации.
5. Установить соответствие технологических качеств современных
сортов мягкой яровой пшеницы идеальному агроэкотипу.
Научная новизна работы.
Впервые статистически обработан многолетний материал технологических анализов, проведенных в лаборатории технологической оценки качества Красноярского НИИСХ во времени и в пространстве. Выявлен характер изменчивости технологических показателей в зависимости от экологических особенностей. Установлено изменение климатических показателей во времени. Показан сложный характер взаимосвязи технологических качеств с метеопоказателями.
Практическая значимость.
Для селекционеров Восточной Сибири разработана оптимальная модель качества яровой пшеницы и намечены пути совершенствования новых сортов. Показана возможность создания и возделывания ценных и сильных сортов яровой пшеницы для лесостепи края.
Основные положения, выносимые на защиту:
Характер изменчивости технологических качеств зерна мягкой яровой пшеницы в связи с сортовыми и экологическими особенностями.
Связь технологических качеств зерна мягкой яровой пшеницы с метеопоказателями периода вегетации.
3. Соответствие изученных сортов модели оптимального агроэкотипа
по технологическим качествам.
Апробация работы
Результаты исследований доложены и обсуждены на международной конференции «Экология Южной Сибири» (Абакан, 2002); региональной научной конференции студентов и аспирантов «Красноярский край: освоение, развитие, перспективы» (Красноярск, 2002), межрегиональной научно-практической конференции «Молодёжь Сибири - науке России» (Красноярск, 2003);
Публикации Материалы диссертации изложены в 6 научных работах.
Автор выражает искреннюю признательность за предоставленные материалы конкурсного сортоиспытания яровой пшеницы зав. лабораторией, к. б. н. Пушкиной Г. А. и научным сотрудникам лаборатории. Выражаю благодарность зав. лабораторией технологической оценки качества зерна Восточно-Сибирского селекцентра к. с.-х. н. Разумовскому А. Г. за предоставленные материалы технологической оценки зерна и освоение оборудования по технологической оценке качества зерна, а так же д. с.-х. н. Дмитриеву В. Е. и к. с.-х. н. Зубаиловой Г. И. за ценные консультации.
Основные показатели технологических и хлебопекарных качеств зерна яровой мягкой пшеницы
Науке и практике хорошо известно, что качество зерна формируется в поле, при возделывании, где огромную роль играют как наследственные признаки, так и комплекс почвенно-климатических и агротехнических условий.
Качество зерна - это совокупность биологических, физико-химических, а так же технологических и потребительских свойств и признаков, определяющих пригодность зерна к использованию по назначению, в частности на продовольственные цели (Беркутова, 1991).
Число качественных признаков растёт с развитием науки, причём на первом месте стоят технологические признаки, определяющие направление использования зерна. Качество нельзя выразить одним показателем, оценка каждой партии зависит от цели её назначения (Мухаметов и др., 1996).
Физические свойства зерна
Масса 1000 зерен характеризует крупность зерна, а так же его плотность: чем крупнее зерно и чем оно более плотно выполнено, тем больше его масса. Крупность зерна в значительной мере определяет мукомольные и хлебопекарные качества пшеницы, так как чем крупнее зерно, тем больше в нём содержится эндосперма и тем выше выход муки (Коновалов и др., 1987). Этот показатель используется при расчёте норм высева. У пшеницы колеблется от 15 до 50 г (Мухаметов и др., 1996).
По данному показателю зерно пшеницы разделяют на четыре группы: с высокой массой 1000 зёрен - свыше 30 г; выше средней - 25-30 г; со средней массой - 22-25 г; ниже средней - менее 22 г (Коновалов и др., 1987). Натура - масса 1 литра зерна, выраженная в граммах. Натурная масса является одним из признаков, обусловливающих мукомольные достоинства пшеницы. При определении в чистых от примесей и стандартных по влажности образцах этот показатель тесно связан с выполненностью и плотностью зерна, а так же его крупностью и формой. Средние величины натуры зерна пшеницы составляют 700 - 810 г (Коновалов и др., 1987). В соответствии с ГОСТ 9353-90, при продаже государству сильная пшеница должна иметь натуру не менее 740 г. Объёмная масса зерна считается низкой, если она составляет не более 725 г, от 725 до 784 средней, от 785 - высокой (Мухаметов и др., 1996).
Стекловидность - консистенция эндосперма. Зависит от состава, количества, формы, размеров и расположения крахмальных зерен, свойств и распределения белковых веществ, а так же от характера и прочности связи между крахмалом и белковыми веществами. Стекловидность зерна считается косвенным показателем для оценки содержания белка, мукомольных и хлебопекарных свойств. В соответствии с ГОСТ 9353 - 90 у зерна сильной пшеницы этот показатель должен быть не ниже 60 %. Определяется он вручную, для чего 100 зерен разрезаются, и рассортировываются по категориям или на специальном приборе - диафаноскопе.
Влажность - важнейший показатель качества, так как с ним связаны условия хранения, пригодность зерна к переработке, рентабельность перевозок. Зерно считается сухим при 14-% влажности, средним от 14,1 до 15,5%, влажным от 15,5 до 17%, сырым выше 17,7%.
Биохимические свойства зерна
Белки по своей функциональной направленности подразделяются на структурные, защитные и запасные. Они обеспечивают жизнедеятельность клеток в период формирования и налива зерна, а так же развитие растений при прорастании семени (Созинов и др., 1976). Основную часть белка составляют аминокислоты, именно они определяют технологические качества зерна. Это наиболее ценная часть питательных веществ, содержащихся в зерне. Белки бывают водорастворимые (у пшеницы 10-13 %), солерастворимые (6-7 %), спирторастворимые (30 - 40 %) и растворимые в уксусной кислоте (18 - 20 %). В состав белка пшеницы входят следующие аминокислоты: лизин, валин, лицин, изолейцин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин, цистин, тирозин, аргинин, гистидин, аланин, аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, глицин, пролин, сирин. При отсутствии или недостатке этих аминокислот у человека и животных может нарушаться нормальная деятельность организма и возникнуть различные заболевания. По содержанию белков пшеница делится на три категории: сильная - белка не менее 14 %, средняя от 12,0 до 13,9 % и слабая ниже 12,0 %.
Мукомольные свойства зерна
Выход муки и отрубей. Различают два вида помола: простой и сложный. При простом помоле зерно размалывается один раз, и все его составляющие переходят в муку. В сложном помоле муки зерно перерабатывается несколько раз, при этом оно освобождается от оболочек и зародыша, а мука почти не содержит отрубей. Так как у мягких пшениц оболочки эластичные, то они легко отделяются при помоле, образуя отруби, при этом качество муки повышается (П. К. Иванов, 1971).
Тверд озёр ность: это структурно-механические свойства зерна, характеризующие степень его сопротивления разрушающим усилиям в процессе дробления и определяющие его целевое направление. Определяется по микротвердости эндосперма и отдельных частей зерновки, прочностным свойствам, дисперсности, степени измельчения и другими показателями на фаринографе и микротвердомере Брабендера.
Крупность. С ней связана выполненность зерновки и величина эндосперма. Если зерно хорошо выполнено, то и мелкозёрные сорта могут дать не меньший выход муки, чем крупнозёрные.
Особенности почвенно-климатических условий
В работе использованы метеоданные учхоза «Миндерлинское», ОПХ «Минино», Солянской СХОС, расположенных в Канской и Красноярской лесостепи. Протяженность зоны с запада на восток 2300 км.
Климат характеризуется резкой континентальностью. Островные лесостепи, где сосредоточено основное сельскохозяйственное производство, относятся к умеренно-прохладному поясу с суммой активных температур 1800-2400.
Зима суровая и продолжительная (180-200 дней). Весна короткая, холодная и сухая с частыми интенсивными ветрами, а иногда с пыльными бурями. Лето сухое и жаркое (85-100 дней), с большим количеством солнечных дней.
Отличительной особенностью теплового режима зоны является быстрое нарастание тепла весной и резкое похолодание осенью. Максимальный прирост тепла приходится на июнь - первую половину июля и резко снижается в третьей декаде августа. Безморозный период короткий, в связи с поздним прекращением весенних заморозков и ранним наступлением осенних.
Осадков выпадает мало, и распределение их крайне неравномерно как по годам, так и по периодам вегетации. В Красноярской лесостепи их годовое количество составляет 360-380 мм.
Основная часть осадков (примерно 2\3) выпадает в тёплый период, причём увлажнение увеличивается от весны к осени. Поэтому растения испытывают недостаток влаги в начале лета, в критический для них период кущение - выход в трубку. Ливневые дожди с сильными ветрами, выпадающие во второй половине июля — августа, приводят к полеганию хлебов, ухудшению налива зерна и затруднениям в уборке урожая (Ведров и др., 1998).
Зимой выпадает от 5 до 25 % годового количества осадков, а в результате бесснежья - длительная сезонная мерзлота, почвы промерзают в глубину до 3 метров и полностью оттаивают лишь в конце июля — начале августа.
Зона Канской и Красноярской лесостепи, где проводились исследования, входит в центральную сельскохозяйственную территорию края, расположенную преимущественно по левобережью Енисея, к северу от Красноярска. Большая удалённость от океана накладывает определенный отпечаток на климат зоны, который характеризуется резкой континентальностью.
Амплитуда колебания среднемесячных температур между самым жарким месяцем - июлем и самым холодным - январём достигает 32 - 40 С, а среднемесячных до 60 - 70 С. По данным Сухобузимской метеостанции (Агроклиматический справочник..., 1961) среднегодовая температура отрицательная и составляет -1,8 С, среднемесячная января -20,8 С, а июля 18,2 С. Число дней с температурой выше О0 С составляет 180, выше 5 С - 145, выше 10 С - 105 и выше 15 С - 60 дней. Весенний переход через +5 С наступает в середине первой декады мая, осенний - в конце сентября.
Сумма положительных температур выше +5 С составляет на конец августа 1626 С, а всего 1826 С, выше +10 С соответственно 1474 С и 1539 С, Суммы температур активной вегетации хватает для возделывания скороспелых и среднеспелых сортов пшеницы.
Серьёзный ущерб молодым проросткам пшеницы могут наносить поздние весенние заморозки, а созревающему зерну - ранние осенние. Средняя дата последнего весеннего заморозка (по данным Сухобузимской метеостанции) отмечена 6 июня, а самого позднего - 27 июня. Средняя дата первого осеннего заморозка - 31 августа, а самого раннего - 13. Продолжительность безморозного периода в среднем 82 дня, наименьшая -54.
По температурному режиму весеннее-летнего периода зона лесостепи пригодна для возделывания яровой пшеницы, но уровень урожая зависит от суммы годовых осадков и, в особенности, от распределения их в весен нее-летний период. По признакам влагообеспеченности Канская и Красноярская лесостепь относится к умеренно — сухой зоне. Годовое количество осадков составляет 356 мм, но распределение их по месяцам очень неравномерное. За май — август выпадает 61 % осадков, а за сентябрь — апрель — всего 39 %. В среднем в мае 36 мм, в июне 60, в июле 66 и в августе 56 мм. В остальные годы (с периодичностью 4 - 5 лет), когда с осени почва уходит в зиму с малыми запасами влаги, а майских - июньских осадков выпадает меньше нормы, наступает жесткая весенне-летняя засуха, когда урожайность не превышает 10 -15 ц/га. Весенне-летние засухи слабой интенсивности наблюдаются почти ежегодно.
Высота снежного покрова в зоне лесостепи не превышает 20 - 22 см, снег с полей часто сдувается зимними ветрами и накапливается в перелесках, колках, логах. Снежный покров сходит с полей в конце марта - начале апреля. Часть талых вод из-за медленного оттаивания почв не впитывается и поверхностным стоком сносится в реки или блюдцеобразные западины среди полей; это приводит к неравномерному высыханию полей, вызывая неудобства при проведении весенне-полевых работ.
Весенний период характеризуется сравнительно низкой относительной влажностью воздуха, что при недостатке влаги в почве вызывает комплексную почвенно-воздушную засуху. Количество дней с относительной влажностью воздуха в пределах 30 % составляет в мае 8-13, в июне - 3 - 5, в июле и августе - до одного дня.
В зоне преобладают ветры западного и юго-западного направления. Наибольшая скорость их бывает в весенне-летний период (май - июнь). Количество дней со скоростью ветра свыше 15 м\с достигает до 24 в год. Сильные весенние ветры при низкой относительной влажности воздуха в значительной степени иссушают верхние горизонты почвы.
Неблагоприятные погодные условия для роста и развития пшеницы в большинстве случаев складываются в первой половине вегетации. Своеобразные климатические условия оказывают определенное влияние на температурный режим почвы, а так же на микробиологические процессы.
Начало устойчивого замерзания почвы наступает в конце октября, а оттаивание в конце апреля. В середине мая почва оттаивает на 25 35 см, полностью в июле, а иногда даже в августе — начале сентября. Активная температура выше +10 С устанавливается в пахотном слое только в последней декаде мая и держится до конца августа — начала сентября.
Особенностью климата Сибири является то, что безморозный период здесь, как правило, короче вегетационного на 22 - 27 дней. Из-за ранних заморозков в отдельные годы часть активных температур не используется растениями.
Неустойчивое и недостаточное увлажнение территории подтверждается и величиной гидротермического коэффициента (ГТК). Для периода активной вегетации этот показатель составляет 1,2.
Годовой приход суммарной радиации составляет 4145 МДж\м . При средних условиях облачности за год поступает прямой солнечной радиации -2049 МДж\м2. За летние месяцы с июня по август приход ФАР в среднем составляет 940 МДж\м .
Характер варьирования показателей муки и хлеба
При оценке качеств зерна пшеницы важно уделять большое внимание таким показателям, как сила муки и физические свойства теста - ВПС (%), время до начала разжижения (мин), отношение упругости к растяжимости, разжижение теста (е. ф.), общая валориметрическая оценка (%).
Мука сильных пшениц должна иметь силу не менее 280 е. а., а физические свойства теста соответствовать следующим параметрам: ВПС - 75 % и более, время до начала разжижения не менее 7 мин, отношение упругости к растяжимости от 0,8 до 2,0, разжижение теста не более 80 е. ф., а общая валориметрическая оценка должна быть от 70 до 100 % (ГОСТ 9353-90).
При оценке изучаемых сортов во времени и в пространстве были определены следующие статистические показатели: средняя величина (М±т), размах изменчивости признака (lim) и его варьирование (V, %).
Оценивая средние показатели сортов в учебном хозяйстве «Миндерлинское», нужно отметить, что все они имеют силу муки более 280 е. а. Отличным улучшителем (при силе муки более 400 е. а.), является сорт Красноярия. Все остальные сорта тоже превзошли стандарт Тулунская 12 показав хлебопекарную силу более 340 е. а., что характерно для хороших улучшителей. Сорта селекции КрасГАУ способны формировать в учебном хозяйстве «Миндерлинское» зерно с силой муки более 500 е. а., самую высокую силу муки показывал сорт Красноярия - 565 е. а., остальные сорта не во все годы формировали зерно с силой муки более 280 е. а., соответствующей сильной пшенице. Средней изменчивостью силы муки отличался только стандарт Тулунская 12 (V=17 %), значительная изменчивость силы муки зафиксирована у сорта Радуга (V= 30 %).
Отношение упругости к растяжимости у сортов изменялось от 1,29 до 1,98, и соответствовало требованиям для сильных пшениц. Большим размахом изменчивости отношения упругости к растяжимости отличался стандарт Тулунская 12 (0,70 - 6,90), а меньшим Красноярия (0,70 до 3,00). У слабых сортов отношение упругости к растяжимости не превышало 0,5, например у сорта Закат в 1991 году. Для этого показателя характерна высокая вариация во времени. Самая большая изменчивость признака отмечена у стандарта Тулунская 12- 94 %.
Водопоглотительная способность сортов приблизительно одинакова и по своей величине не характерна для сортов сильной пшеницы. Самая высокая ВПС отмечена у сорта Закат, а самая низкая у Красноярии. Характеризуя размах изменчивости водопоглотительной способности можно отметить, что анализируемые образцы за все годы не формировали зерно с ВПС 75 %, необходимыми для сильной пшеницы. Самый высокий процент отмечен у сорта Радуга — 70,2 %, а самый низкий у Красноярии - 56,0. Все сорта по этому показателю можно определять как средние. Данный показатель у сортов, возделываемых в учебном хозяйстве «Миндерлинское» отличался высокой стабильностью (V -5-6 %).
Таблица 11 Характер варьирования показателей времени до начала разжижения, разжижения теста и общей валориметрической оценки (учебное хозяйство «Миндерлинское»)
Время до начала разжижения в данном пункте у всех сортов было ниже чем 7 мин. Самое высокое время отмечается у сорта Закат - 6,4 мин. Для слабых пшениц этот показатель составляет менее 5 мин. Оценивая размах изменчивости этого показателя, нужно сказать, что все сорта в некоторые годы формировали зерно со временем до начала разжижения менее 5 мин (2,4-3,5 мин). Наибольшей изменчивостью по этому показателю отличались сорта Закат и Красноярия (V 37-45 %).
Разжижение теста у всех образцов не превышало 80 е. ф., изменяясь от 53 (у стандарта) до 71 е. ф. (у сорта Красноярия). Такие величины показателя позволяют характеризовать эти сорта как сильные, хотя для отличных улучшителей разжижение теста не должно превышать 50 е. ф.. Все изученные сорта способны формировать такое тесто. Самое низкое разжижение было отмечено у сорта Краса: 10 е. ф., самое высокое у сорта Закат - 120 е. ф., так же у этого сорта зафиксирован и самый больший размах данного показателя, наименьший размах у сорта Красноярия. Разжижение теста у всех сортов характеризуется большой изменчивостью. Наименьшая вариация признака отмечена у сорта Красноярия, у остальных сортов она колебалась от 39 до 50 %.
Единым обобщающим показателем для характеристики физических свойств теста является валориметрическая оценка. У данных сортов по средним этот показатель не превысил 70 % и колебался от 60 до 64 %. Такие величины характерны для средних по качеству пшениц. Менее 40 %, что характерно для слабой пшеницы, может формировать сорт Радуга, валориметрическая оценка которого в 1997 году составила 18 %. Остальные сорта в течение анализируемого периода оценивались по этому показателю как средние и сильные. Все образцы отличаются средней вариацией по данному признаку качества, так как V составлял от 13 до 26 %. Нестабильность по признаку характерна для сорта Красноярия, стабильность для стандарта Тулунская 12 и Краса.
