Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 9
1.1 Жизнеспособность семян 9
1.2 Энергия прорастания и всхожесть семян 20
1.3 Сила роста семян 32
1.4 Урожайные свойства семян 44
1.5 Влияние климатических параметров на урожайность зерновых культур 51
2 Методы исследований и условия проведения опытов 61
2.1 Почвенно-климатические условия места проведения опытов 61
2.2 Технология возделывания зерновых культур в полевом опыте 63
2.3 Метеорологические условия проведения опытов 64
2.4 Исследования и наблюдения 67
3 Результаты исследований 78
3.1 Оценка качества посевного материала и урожайности зерновых культур 78
3.2 Корреляционная зависимость биологической продуктивности и фактической урожайности зерновых культур 109
3.2 Корреляционный анализ показателей качества посевного материала и урожайности зерновых культур 121
4 Формирование урожая зерновыми культурами 131
4.1 Атмосферные осадки и влагообеспеченность растений 134
4.2 Динамика температуры воздуха 146
4.3 Динамика урожайности зерновых культур 155
4.4 Моделирование продуктивности зерновых по водному и тепловому режимам 168
4.5 Экономическая эффективность 173
Выводы 176
Рекомендации производству 178
Список литературы 179
Приложения 193
- Энергия прорастания и всхожесть семян
- Влияние климатических параметров на урожайность зерновых культур
- Корреляционная зависимость биологической продуктивности и фактической урожайности зерновых культур
- Моделирование продуктивности зерновых по водному и тепловому режимам
Введение к работе
Актуальность темы. Качественная характеристика посевного материала по основным показателям, а именно энергии прорастания и лабораторной всхожести в оптимальных и ингибирующих рост условиях, выявляет реакцию сорта на изменение условий прорастания Определение силы роста по вегетативной массе на сетчатом ложе и в гофрах при постоянной и переменной температурах, проращивание семян в цилиндрах представляет информационный материал, позволяющий определить возможности сорта в результате сравнения качественных характеристик и конечного результата - урожайности
Отбор партий семян для посева только по посевным качествам не гарантирует высокой урожайности даже при соблюдении всех агротехнических требований В сельскохозяйственном производстве отсутствуют методы оценки потенциальной продуктивности семян, позволяющие весной, перед посевом, прогнозировать возможный уровень урожайности зерновых культур в зависимости от циклических изменений климатических показателей, а технология возделывания разрабатывается без учета возможных изменений климатических параметров Исследования проведены в соответствии с планом НИР Курганской ГСХА им ТС Мальцева, утвержденным ученым советом, номер государственной регистрации 0 12 00109584
Цель исследований. Изучить способы оценки качества посевного материала и методы выявления потенциальных возможностей семян в формировании урожайности полевых культур Выявить закономерности формирования продуктивности зерновых культур в зависимости от климатических параметров
Задачи исследований:
1 Выявить влияние показателей качества семян на урожайность,
2. Определить корреляционную связь биологической продуктивности культуры и фактической урожайности,
Дать корреляционный анализ показателей качества посевного материала и урожайности зерновых культур,
Выявить особенности формирования урожайности зерновых культур с учетом экологических факторов,
Смоделировать продуктивность культур по водному и тепловому режимам,
Рассчитать экономическую эффективность посева семян с учётом погодных условий и показателей их качества
Научная новизна. Впервые разработаны и изучены способы оценки потенциальной продуктивности зерновых культур по морфологическим параметрам силы роста Исследована зависимость продуктивности зерновых культур от климатических параметров, обоснован оптимальный метод моделирования продуктивности зерновых культур по водному и тепловому режимам
Положения, выносимые на защиту:
1 Способ оценки потенциальной продуктивности семян зерновых
культур, основанный на длине ростков, корешков и сформированной
массе органического вещества (заявка на изобретение №2006145944)
2 Способ определения потенциальной продуктивности зерновых культур
по водному и тепловому режимам
Практическая значимость. Использование в сельскохозяйственном производстве способов оценки потенциальной продуктивности зерновых культур позволит выбрать наиболее ценные партии семян, после пересева которых, при хорошей агротехнике, можно получить высокий урожай Методы моделирования продуктивности яровой пшеницы, ячменя, овса по метеорологическим параметрам дают возможность оценить складывающуюся ситуацию с производством зерна отдельных культур Способ оценки потенциальной продуктивности семян яровой пшеницы прошел производственную проверку в ЗАО «АГРО» Макушинского района Курганской области на площади 150 га
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на региональных и международных научно-практических конференциях XLI научно-техническая конференция ЧГАУ (г Челябинск, 2002), «Научные результаты - агропромышленному производству» (г. Курган, 2004), «Научные результаты - развитию региона» (г Курган, 2005)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных статей, в том числе 1 - в рецензируемом издании.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 179 страницах печатного текста Состоит из введения, 4 глав, выводов, рекомендаций производству Содержит 33 таблицы, 31 рисунок, 8 приложений Список литературы включает 169 источников, из них 28 работ зарубежных авторов
Энергия прорастания и всхожесть семян
Мерилом жизнеспособности семян в семеноведении является лабораторная всхожесть, определяемая в оптимальных условиях при законченном периоде послеуборочного дозревания. С момента биологического отчуждения семени от материнского растения начинается жизнь нового поколения. Семя как носитель жизни обладает жизнеспособностью, первым видимым проявлением которой является его прорастание. Для установления различий в скорости прорастания, выявления нормальных и ненормальных проростков и мёртвых семян определяют лабораторную всхожесть [82].
Академик А.И. Бараев говорил, что зрелое зерно представляет собой зерновку, у которой перикарпий сливается с семенной кожурой. Семенная кожура может быть голой или прикрытой нижней и верхней цветковой чешуей. Зародыш развивается у основания зерновки с поверхности щитка в непосредственном контакте с эндоспермом. Щиток обычно овальной формы, прикреплён близь центра к оси зародыша. Ось состоит из корешка и почечки. Корешок окружён чехликом из тонкостенных клеток, образующих колеоризу. Почечка с внешним защитным чехлом - колеоптиле, окружает зачатки первичных листьев и верхушку побега. Колеоптиле, по мере своего удлинения, окружает развивающиеся листья до тех пор, пока его кончик не покажется на поверхности почвы. Затем первый и второй листья появляются через отверстие, находящееся ниже кончика колеоптиле на стороне, противоположной щитку [7].
В.В. Гриценко, З.М. Калошина установили, что процесс прорастания семян сложен по морфологии и биохимии, сильно зависит от окружающей среды. Всякое внешнее воздействие замедляет или усиливает все биохимические превращения, приводя к изменению биологических особенностей проростка [23].
К.Н. Данилович утверждает, что крупность семян не оказывает влияния на прорастание в оптимальных условиях. При неблагоприятных условиях всхожесть выше у средних и крупнее средних семян, а самые крупные семена, как правило, обладают пониженной всхожестью. Благодаря большей удельной поверхности крупных семян, поглощение влаги происходит в 2-3 раза медленнее, чем у мелких [32].
А.С. Гинсбург отмечает, что у зерна вся поверхность участвует в поглощении воды. Влага с наибольшей силой поглощается зародышем. Верхний кончик зерновки, заканчивающийся бороздкой, поглощает воду особенно медленно, что связано с его структурой. Возраст семян также сказывается на их прорастании. Чем семена старше, тем слабее идёт этот процесс и, наконец, приходит такое время, когда старые семена теряют способность к прорастанию [21].
По мнению Н.Н. Кулешова, действие поглощённой воды вызывает в живых и мёртвых семенах явления противоположной направленности. В живых семенах поглощение воды сопровождается выделением тепла, усилением дыхания, живое семя из состояния покоя переходит к активной жизнедеятельности, к освобождению большого количества энергии, необходимой для становления проростка. В мёртвых семенах теряется согласованность между работой ферментов, а сами ферменты отличаются пониженной активностью и вызывают гидролитические реакции, так как в таких случаях отсутствует энергия, необходимая для синтеза. Мёртвые семена вслед за набуханием загнивают и разлагаются [69]. При оценке проростков, отмечает М.К. Фирсова, важнейшие органы семени должны достигнуть стадии развития, при которой можно обнаружить каждый ненормальный проросток, не имеющий практической ценности с точки зрения производства растений [126].
В.Я. Лобанов в каждой партии семян анализируемого образца с низким процентом лабораторной всхожести выделяет три основные группы.
К первой группе относит семена полноценные, с высокой жизненностью, хорошо прорастающие в лабораторных условиях и дающие нормальные растения при высеве в поле. Ко второй - семена с ослабленной жизнеспособностью, у которых начались процессы отмирания отдельных клеток и тканей, не приведшие к полной потере жизнеспособности. Продолжаясь далее, эти процессы всё более ухудшают посевные и урожайные качества семенной партии. К третьей группе относит мёртвые семена. Чем ниже процент лабораторной всхожести, тем больше семян второй группы содержится в партии [85].
Н.Н. Кулешов установил, что при высеве семян пониженной всхожести снижение урожая обусловливается меньшей густотой стояния растений, ослабленностыо и невысокой продуктивностью. Увеличением нормы высева нельзя добиться высокого урожая [69].
Г.С. Душечкин пришёл к выводу, что значение лабораторной всхожести в оценке урожайных качеств семян пшеницы и других культур сплошного сева, способных к саморегуляции густоты стояния растений и продуктивного стеблестоя, преувеличено. Процент лабораторной всхожести не в полной мере отражает качественное состояние семян и не характеризует пригодность семян к посеву. В случае, когда семена в период хранения подвергались самосогреванию, часть из них полностью теряет всхожесть вследствие интенсивного дыхания и высокой температуры. В оптимальных лабораторных условиях такие семена прорастают. В полевых условиях семена дают ослабленные ростки или погибают [37].
Е.Г. Роберте пришел к выводу, что существует тесная зависимость между всхожестью семян и их урожайными качествами. При высеве семян, лабораторная всхожесть которых равна 90 процентов, достаточно одной прибавки к норме высева, чтобы получить такой же урожай, как и от семян со 100 - процентной лабораторной всхожестью. При высеве семян, лабораторная всхожесть которых равна 77 процентов, для достижения одинакового уровня урожая понадобилась двукратная прибавка к норме высева. Уменьшение урожая по мере снижения всхожести носит постепенный характер, что становится статистически достоверным лишь после падения лабораторной всхожести ниже 50 процентов [105].
Об отсутствии тесной зависимости урожайных качеств семян от уровня лабораторной всхожести (до определенных пределов) свидетельствуют данные опытов O.K. Горобец и И.И. Христюк, которые путем внесения соответствующих поправок к норме высева получали одинаковые урожаи при посеве семенами различной лабораторной всхожести [22].
В модельных опытах испытывались образцы семян различия по всхожести, которых достигались искусственно вызываемым самосогреванием в пределах одной партии, что позволяло исключить влияние условий выращивания семян на результаты опытов. Выяснили, что со снижением процента лабораторной всхожести сила роста и полевая всхожесть тоже снижались, весовой же показатель силы роста изменялся незначительно. При внесении соответствующей поправки к норме высева наблюдалось выравнивание вариантов опыта по густоте стояния растений, продуктивному стеблестою и конечному урожаю с единицы площади [135]. В дальнейшем Л.К. Сечняк, O.K. Слюсаренко было выявлено, что при изучении зависимости урожайных качеств семян от их лабораторной всхожести важно учитывать факторы, которые привели к изменению последней. Если со снижением лабораторной всхожести уменьшается весовой показатель силы роста (результат травмирования или несоблюдение режимов термической обработки), то потери урожая могут быть значительными [111].
При решении вопроса о пригодности партий семян с несколько пониженной лабораторной всхожестью следует исходить, прежде всего, из хозяйственно-экономической эффективности. Оценку качества семян нельзя основывать только на их лабораторной всхожести [116].
Немаловажное значение на показатель всхожести и энергии прорастания формирующихся семян оказывает перераспределение метаболитов между вегетативными и репродуктивными органами. О.В. Волынкина, Т.А. Самарина, представили трёхлетние результаты определения всхожести семян пшеницы 11 сортов, выращенных без применения и с применением средств химизации.
Влияние климатических параметров на урожайность зерновых культур
Мичуринская биология учит нас, что организм и среда представляют собой диалектическое единство. Нельзя изучать растение вне среды и среду вне растения. Академик Н.И. Вавилов писал: «Климатические факторы в нашей стране, взятой в целом, являются определяющими в проблеме урожайности. Они сильнее экономики, сильнее техники» [13].
Вся производственная деятельность в сельскохозяйственном производстве существенно зависит от климата. Приёмы обработки почвы (зябь, весенняя подготовка почвы к посеву и т.д.), сроки посева, применение паровых или непаровых предшественников, занятого пара, необходимость мероприятий по сохранению влаги, применение удобрений определяются климатическими условиями района.
В результате детального изучения метеорологических условий и требований растений к этим условиям, одним из первых русских агрономов А.Т. Болотовым (в конце XVIII) составлены обстоятельные годовые обзоры влияние погоды на рост и развитии сельскохозяйственных культур, урожай, на производительность труда и использовании сельскохозяйственных машин.
И.Г. Строна приводит много примеров, показывающих влияние климатических факторов на урожайные качества семян [119]. В опытах П.Н. Константинова с пшеницей, ячменём и овсом большая разница в урожае одного и того же сорта при посеве семенами разного происхождения перекрывает все сортовые отличия [56].
Многими исследователями, М.И. Княгинечевым, Н.Н. Ивановым, установлено, что климатические факторы действуют на семена настолько глубоко, что в другой зоне только через ряд поколений они потеряют свои отличия, обусловленные воздействием определённого агроклиматического комплекса. При дальнейшем многократном пересеве в одной географической точке семена испытывают формирующее воздействие новых условий, и растения приобретает вид, свойственный местным сортам. Практика сортоиспытательных участков подтверждает то, что для испытания берутся семена, выращенные только в местных условиях [59] [46].
К.Е. Овчаров указывает на то, что период покоя в значительной степени зависит от географической широты места произрастания растений. Семена хлебных злаков, обладающие послеуборочным дозреванием, прорастают дружнее при воздействии на них переменных температур. Ответная реакция на это воздействие зависит и от световых условий формирования семян [98].
Так, семена разных видов овса и ячменя, выросших при 14-часовом дне, прорастали в большем количестве по сравнению с формировавшимися на длинном 18-часовом дне. В некоторых районах Сибири в период формирования зерна и уборки урожая стоит холодная погода, препятствующая созреванию семян. Такие семена, высеянные при постоянной температуре (20), не прорастают в течение продолжительного времени. При проращивании в условиях переменной температуры (три дня при 8-12 и затем при температуре 20) такие семена дают дружные всходы.
Основным показателем посевных свойств семян являются, как известно, энергия прорастания и всхожесть семян, развитие органов проростка: корня и ростков. Ю.С. Ларионов испытывал семена сорта Новосибирская 67 в широком диапазоне температур (от 0 до 40 С). Наиболее высокий процент всхожести семян по сорту был в диапазоне температур от +10 до +32 С, а время прорастания - от 5 до 18 дней [71]. Чтобы полевая всхожесть приближалась к лабораторной, температура почвы в период посева на глубине заделки семян должна быть близкой к +10 С. У прорастающего семени при температурах прорастания более +18 -+20 С нарушается соотношение величины корней и ростка в пользу последнего. При температуре ниже +12 - +14 С соотношение длины корней и ростка больше в пользу величины корней, что благоприятно сказывается на дальнейшем росте растения.
По данным Г.З. Венцкевич, появление массовых всходов пшеницы, овса, ржи и ячменя при достаточной обеспеченности влагой наступает в зависимости от температуры [14]. Принимая положение, что для прохождения ростком пшеничного растения сантиметрового слоя почвы нужна сумма средних суточных температур в 10-12 С, А.И. Носатовский предлагает формулу, по которой (при условии обеспеченности влагой) можно установить срок появления всходов: п = 70 + 10 L : t, где, n-число дней от посева до всходов, L-глубина заделки семян, t-среднесуточная температура почвы во время прорастания. Если температура почвы 6 С, а глубина заделки семян два сантиметра, то всходы появятся через 15 дней. Влажная умереннотёплая и даже прохладная погода благоприятствует процессу укоренения и служит хорошей предпосылкой для дальнейшего роста зерновых [94].
Н.И. Шарапов, В.А. Смирнов изучали влияние климата на качество урожая. Рассмотренные условия позволили сделать вывод, что под действием климата у растений проявляются определённые закономерности для создания запасов практически важных веществ. Оптимальная умеренная температура окружающей среды (воздух, почва) и полная обеспеченность влагой способствуют созданию и накоплению запасных безазотистых веществ в растениях, в частности, Сахаров, крахмала, жира или масла, технически ценной клетчатки и пр. [137]. Высокая температура окружающей среды, сухость воздуха и почвы в течение вегетационного периода стимулируют образование и накопление белковых веществ и менее благоприятных для синтеза углеводов. К.Е. Овчаровым было установлено, что в период от начала цветения до десятого дня на растение пшеницы действует высокая температура (27 С -днём и 16 С - ночью) скорость деления клеток эндосперма больше, чем при действии низкой температурой (21 и 16 С). При действии в этот период высокой температуры в условиях недостаточного освещения наблюдалось сокращение числа зёрен в колосе, а в более поздний период (т. е. на 15-25-й день после начала цветения) - снижение массы семян [98].
В зависимости от влияния климатических условий на процесс созревания зерна и уборку урожая, территория страны делится на четыре зоны. Сибирь входит в третью зону, где неблагоприятные погодные условия в период налива и созревания зерна составляет 40-60 процента от всего уборочного периода. Ежегодно хозяйства Курганской области засыпают большое количество семян, имеющих низкие посевные качества [74].
Наряду с применением современной технологии возделывания сельскохозяйственных культур, необходимым условием повышения урожайности является правильная оценка и рациональное использование всех природных ресурсов территории, среди которых климату принадлежит ведущее место. Метеорологические условия отдельных лет сильно воздействуют на урожай и качество семян зерновых культур.
В ходе экспериментальной работы Дж. Ацци пришёл к выводу, что метеорологические условия оказывают специфическое воздействие на формирование семян разных культур. Так, например, низкие температуры и обилие осадков оказывают отрицательное влияние на качество семян пшеницы, но, по другим данным, именно эти условия способствуют формированию семян высокого качества у овса [6].
Н.Н. Кулешов отмечает, что все сорта подчиняются одной закономерности: в одни годы жизненность семян была слабой, в другие -высокой. Если метеорологические условия благоприятны для развития семян, то семена будут иметь высокую жизненность и высокие урожайные свойства. Страховые и переходящие фонды нельзя заготавливать ежегодно, это возможно только в благоприятные для формирования семян годы. Чтобы эффективно вести семеноводство, необходимо располагать данными о влиянии метеорологических условий и сроков посева на посевные и урожайные качества семян в каждой зоне и по каждой культуре [69].
Наиболее тесная корреляционная связь отмечается между количеством осадков, температурой и качеством семян в периоды их формирования -созревания и уборки, хотя косвенно указанные факторы влияют на качество семян и задолго до образования семян, воздействуя на материнское растение. Дж. Ацци считает, что низкие температуры и обилие осадков при формировании зерна отрицательно влияют на способность семян пшеницы к прорастанию. Сравнивая свойства семян прорастать, вызревших при влажной погоде, с семенами, созревание которых проходило при сухой погоде, учёный пришел к выводу, что высшей способностью к прорастанию обладают семена пшеницы, созревшие при тёплой и сухой погоде [6].
А.А. Грязнов утверждает, что энергия прорастания пшеницы и ячменя в большей степени зависит от условий выращивания, чем от генетических свойств сорта [25]. В.А. Зенченко пришел к выводу, что зародыши семян северных сортов и репродукций, обладая высокой энергией прорастания, набухают быстрее, но проростки оказываются ослабленными [43].
Корреляционная зависимость биологической продуктивности и фактической урожайности зерновых культур
По результатам исследования семян в гофрах и цилиндрах, полученным в лабораторных условиях проведён расчёт биологической продуктивности. Пример: Масса семян пшеницы сорта Фора равна 3,36 г, в оптимальных условиях проращивания этот сорт сформировал длину ростка - 11 см, длину корешка - 9,3 см, а массу ростков - 4,2 г, заражённость семян составила 20 %. Биологическая продуктивность равна 10,2 ед.
Тепловой коэффициент определяет интенсивность развития органов проростка. Биологическая продуктивность в полной мере выявляется в лабораторных условиях при проращивании семян при температуре 20 С, температурный коэффициент принимают за 1. Оценка урожайного потенциала по величинам органов проростка в лабораторных условиях обусловлена генотипом сорта.
Так, например, оптимальной температурой прорастания в лабораторных условиях считается температура - 20 С, критической температурой может быть температура при прорастании семян в поле. Отношение оптимальной температуры прорастания семян к температуре прорастания в полевых условиях и будет равна тепловому коэффициенту.
При снижении температуры и создании критических условий, неполноценный посевной материал формирует слабые проростки. При создании критических условий по температурному режиму (закаливание) тепловой коэффициент равен 0,8. Результаты полученных расчётов приведены в табл. - 9.
Величина расчётной продуктивности определяется условиями проращивания семян. При проращивании семян в гофрах создаются благоприятные условия для выявления биологической продуктивности культуры. В цилиндрах проростки пробиваются через слой песка. Песок является препятствием, которое несколько ограничивает рост проростков в зависимости от качества посевного материала (травмы, инфекции). Корреляционная связь фактической и расчётной продуктивности при проращивании семян в цилиндрах не существенная. В 2003 году коэффициент корреляции составил 0,34, а в среднем за три года коэффициент был равен - 0,15.
При проращивании семян в гофрах посевной материал в большей мере реализует свой биологический потенциал. Коэффициент детерминации находится на уровне средней и высокой зависимости - 0,79, 0,18, 0,90, а в среднем коэффициент равен - 0,62.
Длину ростков определяют без всяких трудностей, замеряя линейкой при проращивании семян в условиях оптимальных и низких температур в гофрах.
Пример: При проращивании семян в гофрах, сорт Фора сформировал среднюю длину ростка в оптимальных условиях, равную 11 см., в критических - 3,6 см. Снижение длины ростка в критических условиях составило - 67 %. С учетом ресурсной урожайности в 2,0 т/га получается, что в критических условиях сорт снизит свою продуктивность и урожайность составит 0,66 т/га. Результаты расчётной урожайности приведены в табл. - 10.
Расчётная урожайность по второй формуле выявляет критически возможный минимум урожайности. Поэтому корреляционная связь расчётной и фактической урожайности не существенная, в среднем коэффициент детерминации равен 0,07. Так, если в 2004 году условия формирования фактической урожайности были неудовлетворительными для зерновых культур в вегетационный период, и коэффициент детерминации расчётной и фактической урожайности по второй формуле составил лишь 0,02, что незначительно отличается от коэффициента детерминации расчётной урожайности по первой формуле - 0,01.
В лабораторных условиях по третьей формуле рассчитывался возможный уровень продуктивности культуры в критических условиях выращивания по длине корешка.
Пример: Сорт Фора в лабораторных условиях сформировал среднюю длину корешка в оптимальных условиях, равную 9,3 см, в критических условиях проращивания длина корешка равна 3,8 см. Снижение длины корешка в критических условиях прорастания составила 59 %. С учётом ресурсной урожайности, равной 2,0 т/га, возможная фактическая урожайность ожидалась на уровне 0,82 т/га.
Результаты проведённых расчётов приведены в табл. -11.
При оптимальных сроках посева для прорастания семян и формирования корневой системы создаются благоприятные условия в мае. Зависимым от развития корневой системы оказался урожай 2003 и 2004 годов, коэффициент детерминации составил - 0,33; 0,42. В основном, зависимость расчётной и фактической урожайности от развития корневой системы не существенная, в среднем коэффициент детерминации при расчёте потенциальной биологической продуктивности по длине корешка равен 0,27.
Для расчёта биологической продуктивности важно определить массу биологических структур органов проростков в лабораторных условиях.Расчёт потенциальной биологической продуктивности по сырой массе представлен формулой
Ресурсная урожайность - это возможный уровень продуктивности культуры, рассчитанный по средним многолетним данным опытного поля. Масса биологических структур при проращивании семян в оптимальных и критических условиях без особых усилий определяют при проращивании семян на сетчатом ложе и в гофрах.
Пример: Сорт Фора при проращивании семян в гофрах сформировал массу ростков в оптимальных условиях, равную 4,2 г, а в критических условиях масса - 2 г. Снижение массы ростков в критических условиях составило 52 %. С учётом ресурсной урожайности, равной 2,0 т/га, фактическая урожайность в критических условиях выращивания сорта ожидалось равной 0,96 т/га.
Пример: Сорт Фора при проращивании семян на сетчатом ложе сформировал в оптимальных условиях массу биологических структур равную 10,5 г, а в критических - только 10,3 г. На шестой день, процент снижения массы проростков в критических условиях оказался на уровне -26,3 %. С учётом ресурсной урожайности - 2,0 т/га фактическая урожайность составит 1,47 т/га.
На четвёртый день проращивания происходит интенсивное нарастание массы в оптимальных условиях проращивания, к этому времени семена ещё не реализовали свои потенциальные возможности. Значительное увеличение массы произошло на 6-7 день. Результаты расчётной урожайности по сформированной сырой массе приведены в табл. - 12.
Масса проростков на шестой и восьмой день в оптимальных условиях отличались незначительно в большую сторону. При проращивании семян в условиях низких температур, процент снижения массы биологических структур (П) был большим на четвёртый день. С увеличением времени проращивания процент снижения массы биологических структур сокращался.
Высокая корреляционная составляющая расчётной урожайности и сформированной фактической продуктивности отмечена в 2003 году, где коэффициент детерминации был равен 0,88, при учёте вегетативной массы на шестой день. Корреляция фактической и расчётной урожайности на четвёртый и восьмой день не существенная, коэффициент детерминации составил 0,19 и 0,17, соответственно. В 2004 году отмечена корреляционная связь на уровне ниже среднего значения, при проращивании семян на сетчатом ложе, коэффициент детерминации составил 0,17 и 0.14.
Для формирования урожайности 2004 год был неблагоприятным по температурному режиму, что проявилось в корреляционной связи при определении расчётной урожайности в гофрах не только по длине ростка или корешка, но и при расчёте потенциальной биологической продуктивности по массе биологических структур, коэффициент детерминации - 0,38. В 2005 году корреляционная связь расчётной урожайности отмечена на четвёртый день при большем проценте снижения продуктивности, коэффициент детерминации - 0,32. В среднем за годы исследований коэффициент детерминации урожайности и биологической продуктивности в гофрах равен 0,17. Коэффициент детерминации расчётной урожайности на сетчатом ложе на четвёртый день равен - 0,17, на шестой - 0,41, на восьмой - 0,11. Вероятнее всего оптимальным сроком учёта является шестой день.
При определении потенциальной биологической продуктивности немаловажное значение имеет сухая масса биологических структур, которая в большей мере характеризует потенциальные возможности в создании урожайности.
Моделирование продуктивности зерновых по водному и тепловому режимам
В естественной среде обитания растения объединены в растительные сообщества, что повышает устойчивость растительного покрова. Культурные растения возделывают чаще в чистом виде. С появлением всходов с каждым днём роста увеличивается их вегетативная масса, значит увеличивается и испаряющая поверхность. Одновременно с этим с каждым периодом роста температура воздуха повышается, а относительная влажность понижается. Все эти элементы погоды влияют на испарение, и, несмотря на притенение растением почвы, потеря воды на поле увеличивается с возрастом культуры при отсутствии осадков. Это обострённость наиболее резко проявляется во время наибольшего прироста сухого вещества растения - в период от начала выхода в трубку до цветения.
Растения в процессе жизнедеятельности предъявляют определённые требования к окружающей среде и, в зависимости от соответствия уровня обеспечения, формируют определённой величины урожай. Особенности современного земледелия хорошо известны. Продуктивность растений складывается из большого количества факторов: погодных условий поступления солнечной радиации, продолжительности светового дня, уровня плодородия почвы, длины вегетации растений и особенностей сортов.
Все эти факторы во взаимодействии определяют интенсивность развития растений и конечный результат хозяйственной деятельности. Если о продуктивности культурных растений судить с точки зрения закона минимума, то основными определяющими факторами можно назвать водный и тепловой, питательный и воздушный режимы, от сочетания которых будет зависеть выход зерна.
Предлагается формула, на основе которой имеется возможность определения потенциальной продуктивности культуры, исходя из конкретных показателей водного и теплового режимов.
У = Уср.+ (Уср - Уос)... +. (Уср - Ут) ,
где:
У - урожайность расчётная, т/га
Уср - средняя урожайность, т/га
Уос ... Ут - урожайность по уравнениям регрессии, т/га
В таблице 31 приведено уравнение регрессии. Между урожаем и количеством осадков за год существует прямая зависимость: чем больше их в году, тем выше урожай. Но распределение их в течение года бывает неоднозначным.
Посев оптимального срока проводят обычно во влажную почву. Поэтому появление всходов обеспечено и не зависит от осадков в данный период. Уравнение регрессии урожайности и увлажнения мая говорит о слабой зависимости урожая зерновых от количества осадков в период посев -всходы.
Высоту урожая связывают с величиной осадков по отдельным фазам роста. Пшеница активно расходует влагу во время роста стебля, а потому она должна сильнее реагировать на осадки в этот период. Сопоставление количества выпавших июньских осадков (фаза кущения и выхода в трубку) с урожаем показывает, что дожди, выпадающие до колошения, наиболее эффективны. Чем больше осадков выпадает в этот период, тем выше урожай. Так, как фазы кущения и выхода в трубку протекают в конце мая начале июня, между урожаем и количеством выпавших осадков в эти месяцы отмечается прямая зависимость. Причём урожай выше, если осадки распределяются на большее число дней.
Существует мнение, что выпавшие осадки после оплодотворения пшеницы бесполезны и даже вредны. Между урожаем и осадками в период, когда развивается и наливается зерно, существует своеобразная зависимость следующего порядка. В сухие годы, когда от кущения до колошения осадков выпадает недостаточно, то выпадение большого количество осадков свыше 50 мм в последующие фазы колошения - созревания компенсирует потребность во влаге, сказываясь на увеличении массы 1000 семян и на общем урожае зерна.
Повышенная температура воздуха во время цветения, налива и созревания зерна сокращает период от цветения до созревания и повышает содержание белка в зерне, при этом снижает урожай. Недобор урожая возникает из-за нарушения необходимого поступления воды в растение, а с ней - минеральных и органических веществ в период формирования и налива зерна, что приводит к приостановке роста и формирования зерна. В подобных случаях зерно получается щуплым, что резко сказывается на величине и качестве урожая. Чем ниже температура июня, тем сильнее просматривается тенденция к увеличению урожая.
Анализ уравнения регрессии показывает, что процесс формирования продуктивности зерновых культур достаточно однообразен. Коэффициент регрессии в мае по водному режиму отрицательный, но величина его небольшая - 0,002 т/га. Обратная корреляционная связь отличается и по тепловому режиму, наибольший коэффициент регрессии был в июле и достигал величины 0,15-0,19 т/га на каждый градус повышения температуры. На основании уравнения регрессии рассчитана урожайность зерновых культур за 1994-2003 гг. (таблица 32) В условиях недостаточной обеспеченности осадками трудно предусмотреть все неблагоприятные климатические и агротехнические воздействия, приводящие к недобору урожая, и поэтому расчётная урожайность, не всегда соответствует фактической.
В данном случае коэффициент детерминации динамических рядов фактической и расчётной урожайности высокий и составляет 0,59-0,70. Серые хлеба более устойчивы к неблагоприятным условиям окружающей среды. Каждая культура обладает определённым набором положительных качеств, которые позволяют им лучше преодолеть стрессовые ситуации и, тем самым, давать более высокий урожай.
Традиционная зернофуражная культура - ячмень имеет более короткий вегетационный период, отличается высокой пластичностью, лучше использует июльские осадки на формирование урожая. У ячменя выше коэффициент детерминации по сравнению с яровой пшеницей и овсом. Высокая корреляционная связь между фактической и расчётной урожайностью зерновых культур позволяет широко использовать данную методику прогнозирования урожая в сельскохозяйственном производстве.
