Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Достижения селекции в Центральном регионе Российской Федерации в связи с возможностью получения продовольственного зерна 6
1.2. Биологические и физиологические особенности озимой пшеницы в связи с азотным питанием 10
1.3. Значение азота в получении высоких урожаев качественного зерна озимой пшеницы 14
1.4. Содержание белка и клейковины как важнейшие составляющие качества зерна озимой пшеницы 22
1.4.1. Хлебопекарные качества пшеницы 22
1.4.2. Взаимодействие наливающегося зерна с вегетативными органами 25
1.5. Взаимосвязь между урожайностью и содержанием белка 25
1.5.1. Белковость зерна, обусловленная генотипом 26
1.5.2. Зависимость между урожаем и белковостью зерна при различных условиях выращивания 28
1.6. Ранневесенняя подкормка азотными удобрениями и ее влияние на урожай озимой пшеницы и его качество 30
1.7. Аминокислотный состав зерна, влияние азотных удобрений и сортовая специфика 34
1.8. Сортовая специфика азотного питания озимой пшеницы 37
Глава 2. Условия, цель, объекты и методика исследований 48
2.1. Почвенно-климатические условия района исследования 48
2.2. Агрометеорологические условия территории НИИСХ ЦРНЗ за период исследования в связи с возделыванием озимой пшеницы 49
2.3. Цели, задачи и методика исследований 53
2.3.1. Цели и задачи 53
2.3.2. Методика исследований 60
2.3.3. Схема опыта 61
Глава 3. Генетическая основа различия в реакции на внесение азотной подкормки 63
3.1. Родословные сортов, их взаимосвязь в связи с особенностями азотного питания 63
Глава 4. Влияние ранневесенней азотной подкормки на урожайность в связи с особенностями сортов 80
4.1. Урожайность, ее составляющие, изменения их в зависимости от сортовых особенностей на внесение изменяющейся дозы азота 80
4.2. Изменение налива зерна на примере сортов разных периодов селекции под влиянием возрастающей дозы азотного удобрения 98
4.3. Степень пораженности болезнями озимой пшеницы разных этапов сортосмены в зависимости от дозы 100
4.4. Изменение физических свойств семян под влиянием нарастающей дозы азотного удобрения 104
Глава 5. Влияние уровня азотного питания на качественные характеристики сортов озимой пшеницы в зависимости от их генотипа 110
5.1 .Содержание белка в зависимости от уровня минерального питания 110
5.2. Уровень стекловидности зерна в зависимости от применения азотного удобрения 117
5.3. Изменение содержания клейковины и ее качества в зависимости от уровня азотного питания 121
5.4. Химический состав вегетативной массы в соответствии с уровнем азотного питания. Аминокислотный состав белка 130
Глава 6. Корреляционные связи между различными показателями количественных и качественных характеристик и особенности их проявления у различных сортов 139
Глава 7. Экономическая эффективность применения азотной подкормки в связи с особенностями сортовой агротехники 145
7.1. Биоэнергетическая оценка применения азотных удобрений при возделывании различных сортов озимой пшеницы 145
7.2. Экономическая оценка на основе технологических карт возделывания озимой пшеницы 155
Выводы 158
Рекомендации производству 160
Библиографический список 181
- Значение азота в получении высоких урожаев качественного зерна озимой пшеницы
- Родословные сортов, их взаимосвязь в связи с особенностями азотного питания
- Изменение содержания клейковины и ее качества в зависимости от уровня азотного питания
- Биоэнергетическая оценка применения азотных удобрений при возделывании различных сортов озимой пшеницы
Введение к работе
Актуальность исследований.
Озимая пшеница, среди зерновых культур, возделываемых в Нечерноземной зоне России, отличается высоким биологическим потенциалом. По мере повышения плодородия почв и выведения сортов интенсивного типа существенно возросла ее урожайность.
С появлением сортов нового морфотипа - короткостебельных, устойчивых к полеганию, актуальным становится дальнейшее совершенствование агротехники на основе выявления специфичности реакции сортов на уровень минерального питания, особенно азотного, поскольку в условиях Нечерноземья этот элемент, как правило, находится в минимуме и сдерживает получение высококачественного зерна.
Сорта нового поколения, созданные в последние годы в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Центральных районов Нечерноземной зоны (НИИСХ ЦРНЗ), такие, как Инна, Памяти Федина, Московская 39, Галина и др., обладают генетическим потенциалом урожайности до 7,0 - 9,0 т/га, превышающим в 2 раза потенциал сортов начального периода селекции. В этой связи важны исследования реакции новых сортов на весеннее внесение азота, как необходимого элемента, способствующего повышению урожайности и качества зерна.
Цель и задачи исследований.
Основная цель исследований - изучить влияние разных доз внесения азотных удобрений в весеннюю подкормку на урожайность и качество сортов озимой пшеницы и выявить оптимальные дозы для получения качественного зерна в Центральном Нечерноземье России. В задачи исследования входило:
-
Изучить отзывчивость новых короткостебельных сортов, обусловленную их генотипом, на дозы азотного удобрения с выявлением особенностей их реакции, проявляющуюся в изменении урожайности и качественных показателей зерна по сравнению с ранее районированными высокостебельными сортами.
-
Выявить характер влияния азотной подкормки на элементы продуктивности с определением оптимальных доз для каждой группы сортов и конкретного сорта.
-
Определить влияние азотной подкормки на качественные характеристики (содержание белка в зерне, клейковины в муке, аминокислотный состав) и выявить оптимальные дозы азота для получения качественного зерна в сочетании с высокой урожайностью сортов.
-
На основе установленной экономико-биоэнергетической эффективности и оптимальных доз применения азота, подготовить технологические рекомендации по применению азотных удобрений для возделывания новых перспективных сортов озимой пшеницы.
Научная новизна работы.
Впервые в условиях Центра Нечерноземной зоны изучено азотное питание в виде ранневесенней подкормки высокопродуктивных сортов озимой
пшеницы, нового морфотипа, короткостебельных, устойчивых к,;полеганию и
НАУЧ :^t !. :;.; іОГТ'Л ' ^ос;:. с:.;..с::;'.-.:. . ' :, .'.ні-
^ЖШш
болезням: Инна, Памяти Феднна, Немчиновская 24 (Лютесценс 248), а также Московская 39 и Галина, пригодных и рекомендованных для хлебопечения,
В ходе исследования была выявлена специфичная реакция новых сортов на внесение разных доз азота в условиях Центральных районов Нечерноземной зоны. Прибавка урожайности при высоких дозах азота по сравнению с контролем у новых сортов существенно выше и составила 42%, а у высокостебельных сортов лишь 20,9%.
Установлено, что у изученных сортов раиневесенняя однократная подкормка азотом в дозе 60-90 кг/га, наряду с повышением урожайности, улучшает качество зерна по содержанию белка на 1 -2 %, по клейковине - на 6-11 %.
Впервые проведен анализ накопления и расходования азота зеленой массой в течение вегетационного периода у всех изученных сортов на разных фонах азотного питания.
Исследован аминокислотный состав зерна сортов, которые еще не оценивались по этому признаку (Московская 39, Инна, Галина, Лютесценс 248), в сравнении с сортом Мироновская 808. Показано, что на изменение аминокислотного состава влияет не только сортовая специфика, но и доза использованного азота, поэтому данному показателю необходимо уделять внимание в процессе селекции.
Обоснована экономическая эффективность возделывания сортов нового морфотипа (Московская 39, Инна, Галина, Немчиновская 24 и др.) в условиях региона по результатам оценки прибыли на каждый гектар, в зависимости от дозы азотной подкормки, в диапазоне от 2 327,0 руб. до 5 878,4 руб.
Практическая ценность работы.
Рекомендовано при выборе современного сорта для возделывания в производственных условиях ориентироваться на наличие питательных веществ в почве и возможности использования азотной подкормки в оптимальной дозе. Использование высоких доз азота оправдано у сортов нового короткостебель-ного, устойчивого к болезням морфотипа с высоким потенциалом урожайности и качества зерна и является экономически выгодным, для таких как Московская 39, Инна, Памяти Федина и особенно для сортов Галина и Лютесценс 248. Для сортов, типа Мироновская 808 и Заря, целесообразно применять невысокие дозы азота (не более 60 кг/га по д.в.), применение более высоких доз не обеспечивает экономически выгодной прибавки урожайности.
В селекционной практике целесообразно проводить оценку сортов озимой пшеницы на внесение азотной подкормки в различных дозах по окупаемости затрат на ее применение, что позволит полнее раскрыть их потенциал, и с выходом сорта на рынок давать научно обоснованные рекомендации для получения стабильных урожаев высококачественного зерна с использованием оптимальных установленных доз азотной подкормки.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на заседании СНО в МСХА им. К. А. Тимирязева (1999 г.), научном совете НИИСХ ЦРНЗ (2000 г.), конференции, посвященной 100 - летию работ Г. Менделя (2000 г.), научной конференции в МСХА им. К. А. Тимирязева (2001 г.) Основные положения диссертации изложены в 4 печатных работах.
Объём работы. Диссертация изложена на (?.стр. машинного текста, включает 44 таблицы, 11 рисунков, 3 графика, 21 фотографию; состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений. Список литературы включает 226 наименований, в том числе 40 на иностранном языке.
Значение азота в получении высоких урожаев качественного зерна озимой пшеницы
Азоту принадлежит исключительно важная роль в питании растений. Агрохимики и растениеводы рассматривают эту проблему, прежде всего, с точки зрения получения максимальных урожаев сельскохозяйственных культур, так как высокая продуктивность растений зависит от необходимости повышения производства и потребления азота.
Вся история земледелия в Западной Европе свидетельствует о том, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в различные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом (Прянишников, 1963). Это положение остается актуальным и сегодня.
Количество азота в составе сухого вещества растений невелико - оно обычно колеблется от 1 до 3 %. Тем не менее, азот имеет первостепенное значение в жизни растений, как и всего органического мира, являясь составной частью белков и нуклеиновых кислот. Белки в организме выступают в двоякой роли - как жизненно важные структурные компоненты протоплазмы и как ферменты.
В среде, окружающей растение, азот находится в двух формах: в виде газообразного свободного азота атмосферы, который составляет 80 % воздуха (по объему) и не усваивается зелеными растениями, и в виде различных органических и неорганических соединений азота, подавляющая часть которых содержится в почве (Генкель, 1967).
Данные, полученные методом стерильных культур растений, показали, что неорганические формы азота (аммонийный и нитратный азот) несравненно лучше усваиваются растениями, чем его органические соединения.
Азот - один из наиболее важных элементов питания растений, он регулирует рост вегетативной массы, повышает содержание белка и клейковины в зерне и влияет на формирование урожая. Обеспеченность им пшеницы в полном объеме повышает коэффициент продуктивного кущения, способствует увеличению листовой поверхности, размера колоса, числа колосков, цветков и зерновок. Исследователи приводят данные о том, что фосфор и калий не являются определяющими элементами в повышении урожая озимой пшеницы и его качества, однако фосфор улучшает потребление азота (Минеев, Павлов, 1981). Как недостаток, так и избыток азота отрицательно сказываются на росте и развитии растений пшеницы и в конечном итоге приводят к снижению урожая. При недостатке азота снижаются темпы накопления сухого вещества, формирование площади листьев, листья приобретают бледно-зеленую окраску и преждевременно отмирают.
Азотное голодание отрицательно сказывается на формировании элементов структуры урожая, таких, как продуктивная кустистость, число и масса зерен в колосе, масса 1000 зерен, на содержание белка и клейковины в зерне; ухудшаются технологические свойства и хлебопекарные качества.
П. Е. Суднов (1978) указывает также на то, что если получение высоких урожаев пшеницы связано с необходимостью применять полное удобрение, то повышение содержания в зерне белков и клейковины высокого качества зависит главным образом от применения азотных удобрений. По обобщенным данным при дозе азотных удобрений 30 - 90 кг д. в. на 1 га содержание белка в зерне пшеницы удается повысить в среднем для Нечерноземной зоны - с 11,8 до 12, 7 % и клейковины - с 22, 7 до 24, 9 %. Там же указано и на тот факт, что высокие дозы азота (160 кг/га, а возможно и 120 кг/га) не дают положительного эффекта, что связано с перенасыщением азотом.
Избыточное азотное питание резко увеличивает нарастание вегетативной массы, нарушает соотношение между надземной массой и корневой системой, удлиняет период вегетации, снижает устойчивость растений к полеганию и поражению болезнями. Усиленное азотное питание и несбалансированность по другим элементам питания ведут к недобору урожая и снижению посевных качеств семян и технологических свойств зерна.
Потребление азота растениями озимой пшеницы начинается с первых дней жизни и продолжается до окончания налива зерна. Так, в фазе кущения потребление азота составляет 20 -25%, в период выхода в трубку - колошения - 50 -55, цветения - начала восковой спелости - 5-10% максимального количества потребляемого азота (Посыпанов, Долго дворов, Коренев и др., 1997). Недостаток азота в отдельные фазы нельзя компенсировать внесением его в последующие фазы. Наибольшая потребность в нем ощущается от начала выхода в трубку до колошения.
Обеспеченность пшеницы азотом на II этапе онтогенеза способствует повышению плотности продуктивных побегов, а на III - V этапах - формированию большего числа элементов продуктивности колоса (колосков и цветков) (Рекомендации по возделыванию пшеницы, 1989).
Максимальное содержание азота в растениях приходится на период от всходов до весеннего кущения и составляет 4,5 - 6,0% на сухое вещество. По мере роста и развития растений содержание азота снижается и к фазе полной спелости составляет 1,0 - 1,3 %. В связи с этим, важное значение имеют подкормки азотными удобрениями в ранневесенний период для формирования высоких урожаев и в период колошения для получения зерна с высоким содержанием белка и клейковины.
Для получения заданного урожая озимой пшеницы с высоким качеством зерна необходимо поддерживать оптимальное содержание общего азота в листьях: в фазе кущения 5,0-5,5%, в фазе выхода в трубку 4,5 -5,0 и в фазе колошения 3,0-4,0 % на АСВ (Посыпанов, Долгодворов, Коренев и др., 1997).
В результате хозяйственной деятельности человека из почвы выносятся большие количества азота, которые не восполняются фиксацией азота атмосферы свободноживущими азотфиксаторами и разложением в почве остатков растений и животных.
Например, для получения в Нечерноземной зоне и в северной части Черноземной зоны урожая пшеницы в 20 - 25 ц/га необходимо обеспечить растениям 60 - 70 кг азота, а за счет деятельности живущих в почве свободных азотфиксаторов покрывается потребность азота лишь в 7 - 10 кг / га.
При определении доз минеральных удобрений под озимую пшеницу следует исходить из запасов легкодоступных растениям питательных веществ в почве и потребности в них растений данного сорта для формирования планируемого урожая высокого качества (Мироновские пшеницы, 1976).
Необходимо приурочить внесение азота к периодам наибольшего его потребления. Лучшие сроки для озимой пшеницы: первые фазы вегетации, конец кущения - начало выхода в трубку и фаза флагового листа (Овчаренко М. М., Овчаренко Г. С.,1988).
Азот является одним из основных и необходимых элементов питания растений. Он является составной частью всех белков и аминокислот, нуклеиновых кислот, фосфамидов, хлорофилла, многих ферментов и других биологически активных веществ (Горшкова, Чумикова, 1993). На его долю приходится 16 -18% массы белка (Кулаковская и др., 1984).
Главным источником азота для питания растений служат соли азотной кислоты и аммония. Почва - основной источник обеспечения сельскохозяйственных культур азотом, содержание которого тесным образом связано с наличием в ней органического вещества. Для получения высоких и качественно полноценных урожаев озимой пшеницы является важной оптимизация минерального питания в разных почвенно-климатических зонах. Особенно это актуально для Нечерноземья с низким естественным плодородием почв (Горшкова, Чумикова , 1993). Так, наибольшее количество общего азота содержится в пахотном слое (0-25см) низинных торфяно-болотных -2,5 -3,5%, наименьшее в дерново-подзолистых почвах - 0,05 -0,18%. Промежуточное положение занимают дерново-болотные почвы. Характерно, что 93 - 95% общего азота в дерново-подзолистых почвах содержится в виде белков, аминов, амидов, аминокислот и других органических соединений 3 -5% - в форме необменно-поглощенного фиксирования глинистыми минералами аммония. Все названные соединения азота малодоступны для растений. И лишь незначительная часть азота (1-3%), входящая в состав минеральных солей (нитраты, нитриты, водо-растворимый и обменно-поглащенный аммоний), может непосредственно использоваться растениями (Кулаковская и др., 1984).
Родословные сортов, их взаимосвязь в связи с особенностями азотного питания
Любое проявление признака и свойства зависит от генотипа организма. Это касается не только урожайности и качественных показателей, но и пластичности сорта, его устойчивости к воздействию биотических и абиотических факторов, а также отзывчивости на интенсивные технологии возделывания, в том числе и на внесение азотных удобрений (глава 1). Сорта разного экотипа, с участием различных источников и доноров тех или иных признаков будут по-разному отзываться на влияние среды.
Поэтому, перед оценкой реакции пшеницы на изменение уровня азотного питания, представляется целесообразным рассмотреть происхождение сортов, их родословные и характеристики основных свойств и признаков.
В исследовании, как отмечалось, изучались сорта озимой пшеницы селекции НИИСХ ЦРНЗ: Заря, Инна, Памяти Федина, Лютесценс 33, Галина, Московская 39, Эритроспермум 377, Эритроспермум 281, Лютесценс 248 и сорт Мироновской селекции -Мироновская 808. Все представленные изученные сорта генетически тесно связаны между собой.
Рассматривая родословные сортов опыта (рис. 3-9) можно выделить следующие группы по генетическому происхождению материала:
Заря - высокостебельный сорт и Инна, Памяти Федина - сорта первого качественного нового этапа селекции короткостебельных сортов, устойчивых к полеганию - в генотипе этих сортов заключен материал Мироновского, Краснодарского происхождения и других крайне отдаленных районов (Безостая 1), а также гены пырея и ржи (ППГ 599);
Московская 39, Галина, Лютесценс 33 - следующий этап - селекция в Нечерноземье высококачественных сортов - сорта этой группы, помимо генов первой группы, включают еще гены, переданные от одесских сортов (Обрий), т. е. географический ареал еще более расширен;
Эритроспермум 377 и Эритроспермум 281 - сорта другого направления селекции -на скороспелость - включены в генотипы гены скороспелости от сорта Мироновская 29;
Отдельно выделяется сорт Лютесценс 248 - сорт иного, южного морфотипа, не характерного для Нечерноземной зоны, с плотной соломиной, короткостебельного, обладающего устойчивостью к бурой ржавчине - с включением в родословную сортов
Донского селекцентра.
Остановимся подробнее на особенностях сортов, гены которых присутствуют в генотипах изученных сортов, что позволит более четко представить себе характер проявления признаков, в том числе и отзывчивость на внесение азотных удобрений, как один из аспектов комплексной реакции сорта на изменение условий среды (Болсуновская, Иванова и др., 1969; Вареница, 1982; Калиненко, 1995; Сандухадзе, Пома и др., 1993; Сандухадзе, Рыбакова, 1994; Спутник апробатора, 1968).
1. Мироновская 808. Присутствует во всех сортах, участвовавших в эксперименте. Очень пластичен, до сих пор возделывается в производстве, несмотря на то, что сорт был районирован в 1963 году. Выведен в Мироновском НИИССП групповым и массовым отбором из исходного материала, полученного направленным изменением яровой мягкой пшеницы Артемовка в озимую. Отличается высокой пластичностью, урожайностью, зимостойкостью выше и средне хорошей. Сорт обладает способностью сильно куститься весной, восполняя пострадавшие за зиму побеги. Хлебопекарные качества хорошие. Поражаемость бурой ржавчиной средняя до сильной, мучнистой росой - слабая. Высота растений в условиях Центра Нечерноземья достигает ПО - 125 см. на высоком агрофоне сорт сильно полегает, теряя в урожае и качестве зерна. Сильное полегание, особенно на фоне больших доз азота, а также поражаемость твердой головней, которые ведут к огромным потерям - наибольшие недостатки сорта, поэтому в лаборатории селекции озимой пшеницы была проведена работа по выведению сорта, у которого бы отсутствовали эти недостатки. Был получен сорт Заря.
2. Заря (рис. 3). Селектирован в НИИСХ ЦРНЗ методом внутривидовой гибридизации сортов Мироновская 808 х Линия 126 (свободное опыление сорта Пшенично-пырейный гибрид 599 группой сортов) с последующим индивидуальным отбором. Разновидность Лютесценс (рис. 3). Зерно овальное, красное, стекловидное, очень крупное. Средняя масса 1000 зерен - 50 -62 г (превышает сорт Мироновская 808 от 2,5 до 19, 5 г), содержание белка в зерне - 12,3%, сырой клейковины в муке - 25, 4%, сила муки 320 Дж. Высота растений - ПО - 117 см в условиях Нечерноземной зоны. Сорт среднеспелый, созревает за 319 -348 дней, одновременно с сортом Мироновская 808. Зимостойкость высокая. Засухоустойчивость выше средней. Поражаемость бурой ржавчиной средняя. Устойчив в твердой головне (от ППГ 599) и снежной плесени. Хлебопекарные качества хорошие. Отличается высокой урожайностью, однако на высоком агрофоне сорт сильно полегает, теряя в урожае и качестве зерна. Сорт районирован в 1978 году.
От этого сорта в последующих сортах появляется ген устойчивости к твердой головне, унаследованный от ППГ 599.
ППГ 599. Был получен в НИИСХ ЦРНЗ методом отдаленной гибридизации в результате скрещивания Ржано-пшеничного гибрида 46/131 и пырея сизого с последующим отбором. Разновидность эритроспермум. Сорт позднеспелый; среднезимостойкий, средне устойчив к осыпанию, устойчив против поражения твердой головней, но очень сильно полегает даже при небольших дозах азотной подкормки. Таким образом, была решена проблема поражаемости твердой головней, но остался вопрос полегаемости, особенно на высоких фонах азотного питания. Начался новый этап селекции короткостебельных сортов, который завершился созданием нового типа короткостебельных сортов для Нечерноземья, первым из которых стал сорт Инна.
3. Инна - сорт, полученный из гибридной комбинации Немчиновская 86 х Заря. Характеризуется устойчивостью к полеганию (от сорта Немчиновская 86), хорошей зимостойкостью, повышенной урожайностью. В производственных условиях на высоком агрофоне даёт до 60-70 ц/га (рис. 4). Урожай зерна формируется за счёт высокой густоты продуктивных стеблей и большого числа колосков и зёрен в колосе. Масса 1000 зёрен на 2-6 г ниже Зари. Обладает генетической устойчивостью к твёрдой головне (от сорта Заря) и жёлтой ржавчине, полевой устойчивостью к мучнистой росе.
Гены короткостебельности сорт унаследовал от сорта Немчиновская 86 (рис. 5), полученного методом прерывающихся беккроссов, разработанным в лаборатории селекции озимой пшеницы под руководством доктора с.х. наук член-корреспондента Б. И. Сандухадзе, по схеме.
Таким образом, при рассмотрении родословной сорта Инна видим большое генетическое разнообразие, которое обусловило удачное сочетание хозяйственно-ценных признаков и свойств: устойчивость к твердой головне (Заря), короткостебельность (Карлик 1), пластичность, зимостойкость (Мироновская 808). Краснодарский карлик 1 - хемомутант из сорта Безостая 1, обладающий генами короткостебельности, но с низкой зимостойкостью.
Устойчивость этого сорта к полеганию и болезням позволяет использовать интенсивную агротехнику с применением высоких доз азота.
Следующий сорт этой группы, внесенный в реестр в 1993 году - Памяти Федина.
4. Памяти Федина - сорт выведен методом прерывающегося беккросса [(Краснодарский Карлик 1 х Мироновская 808)F3 х Заря]Жз х Янтарная 50 с последующим индивидуально-семейственным отбором. Сорт интенсивного типа, устойчив к полеганию, зимостоек. Критическая температура вымерзания на глубине узла кущения -18С. Масса 1000 зёрен 35-44 г. в неблагоприятные годы на низком агрофоне может давать зерно неудовлетворительного качества. Вегетационный период 328-345 дней.
Сорт схожий с предыдущим, но в его родословной появился сорт Янтарная 50.
Сорт выведен методом индивидуального отбора на базе сорта Заря. Янтарная 50 унаследовала все ценные признаки и свойства Зари. Обладает высокой продуктивностью и повышенной зимостойкостью, имеет хорошо выполненное зерно. Устойчив к желтой ржавчине и твердой головне (Заря). Отличается высокой урожайностью, однако на высоком агрофоне сорт сильно полегает, теряя в урожае и качестве зерна (рис.4).
Изменение содержания клейковины и ее качества в зависимости от уровня азотного питания
Содержание клейковины в зерне пшеницы тесно связано с содержанием белка в зерне и его стекловидностью. Поэтому основные тенденции изменения содержания клейковины с увеличением дозы азотного удобрения сохраняются (табл. 7-11). С внесением азотных удобрений увеличивается содержание клейковины у всех сортов х(табл. 24). Также, как и по содержанию белка, большим процентом клейковины обладают сорта Московская 39, Эритроспермум 377, Галина, Лютесценс 248, Лютесценс 33 и Заря (по среднегодовым значениям). Без внесения азотных удобрений максимальное содержание имели сорта Московская 39 (24,9 %), Эритроспермум 377 (23,7 %) и Лютесценс 33 (23,5%). Минимальное содержание было у сортов Памяти Федина (20,2%) и Мироновская 808 (20,9 %). Внесение подкормки до 60 кг увеличило содержание клейковины - те же сорта - Московская 39, Эритроспермум 377 и Лютесценс 33, оставались лидирующими по содержанию клейковины (соответственно 30,3%; 28,6 %; 27,2%). Достаточно высокий уровень показывают и сорта Заря (28,9%), Галина (26,9%) и Мироновская 808 (26,8%). Минимальные значения сохраняет сорт Памяти Федина (23,9 % ) и Эритроспермум 281 (23,8%).
Применение дозы 90 кг/га азота еще больше увеличивает содержание клейковины у всех сортов. Лучшими в этом варианте остаются сорта Московская 39 (33,6%), Эритроспермум 377 (32,0 %) и выходит на первый план сорт Галина (32,1%). Наименьшие значения среди группы изученных сортов имеют сорта Инна (27,1%), Памяти Федина (28,0%о) и Эритроспермум 281 (28,0 %). Однако, следует отметить, что и этот уровень является достаточно высоким. Увеличение дозы азотной подкормки до 120 кг/га не приводит к увеличению содержания клейковины, напротив, происходит почти по всем сортам или снижение этого показателя или он остается на уровне дозы 90 кг/га азота. Только сорт Лютесценс 248 увеличивает на 2 % содержание клейковины.
Как и по содержанию белка, так и по клейковине наблюдаются различия по годам (табл. 25 - 11). В условиях 1998 года все изученные сорта, за исключением сортов Инна и Московская 39, показали максимальные значения на варианте 90 кг азота. Максимальное содержание клейковины без внесения азота было также у сорта Московская 39 (28,8%), минимальное - у Памяти Федина (20,9 %) (аналогично данным по белку). Прибавка по сравнению с контролем составляла в зависимости от сорта от 23,8% до 45,3%. Максимальное значение содержания клейковины показал, также как и на контроле сорт Московская 39 (37,6%). Минимальное - также осталось у сорта Памяти Федина (26,0% ). Как уже отмечалось, увеличение азота до 90 кг существенно не изменило содержание клейковины или несколько снижало у сортов Московская 39 (37,2% по сравнению с 37,6% на варианте 60 кг азота) и Инна (28,4 % по сравнению с 29,2%). В среднем по всем сортам с увеличением дозы азота до 90 кг произошло увеличение содержания клейковины на 1%. В засушливом 1999 году различия сортов по содержанию клейковины в муке было несколько сглажено погодными условиями. Достаточно высокие значения имели все изученные сорта (от 20,6 до 34,8 %). Особенно высокий уровень был отмечен у сортов Эритроспермум 377 (29,6; 32,4 и 34,8 % соответственно на вариантах контроль, 60 и 90 кг/га азота). Максимальные значения этого показателя были отмечены у всех сортов на варианте с использованием 90 кг/га азота.
В 2000 году уровень клейковины колебался в пределах 16,4 % - 35,6 % в зависимости от сорта и дозы подкормки. Причем, как и в 1998 году, больший уровень азотного питания не во всех случаях увеличивал содержание клейковины. Ряд сортов показал оптимальное содержание клейковины на варианте с внесением 90 кг азота и снижал или существенно не менял ее содержание с увеличением до 120 кг/га (Мироновская 808 /28,4 и 28,4% на вариантах 90 и 120 кг соответственно/, Московская 39/36,4 и 32,8/, Памяти Федина/29,3 и 27,2/, Галина/34,4 и 26,4/, Эритроспермум 377/29,6 и 28,4/, Эритроспермум 281/29,2 и 26,4/).
В 2001 году диапазон различий по клейковине был уже, от 24,0 до 34, 0%. Как и в 2000 году не всегда возрастало содержание клейковины в муке с увеличением дозы азота. Почти те же сорта не изменили содержания клейковины под воздействием более высокой дозы азота в 120 кг по сравнению с 90 кг азота - это сорта Мироновская 808 (29,2; 29,6), Инна (27,2; 27,2), Эритроспермум 377 (31,5; 31,8), Эритроспермум 281 (26,8; 26,8), а сорт Галина (31,2; 27,2) даже снизил.
Особое внимание следует уделять не только количеству, но и качеству клейковины. Этот вопрос приобретает актуальность благодаря возможности получения, с выведением нового типа высококачественных сортов, продовольственного зерна в Центральном регионе России. В литературе при оценке качества зерна для этого региона практически не уделяется должного внимания именно качеству клейковины. Бесспорно, являясь сортоопределяемым признаком, оно зависит, по-видимому, как и процентное содержание клейковины, от условий возделывания. Имеются предположения, что увеличение дозы азота сверх оптимального уровня возможного потребления конкретным сортом приведет к снижению группы качества ниже II. а это резко снижает не только хлебопекарные качества зерна, но и прибыль от его производства для производственника. Наши исследования показали, что за изученный период времени внесение азотных удобрений только в особо влажный 1998 год привело к снижению группы качества до III. Однако сорта Инна и Памяти Федина не снизили группу качества ниже второй, даже при использовании 90 кг/га азота. Во все остальные года группа качества стабильно по всем сортам держалась на уровне второй, что доказывает возможность применения азотных удобрений без снижения не только количественных показателей, но и качества.
Особо важно выявить оптимальное соотношение между урожайностью, содержанием белка и клейковины. Данные по этому вопросу представлены в таблице 29. Сорта сгруппированы в 5 групп по принципу генетического родства. При этом они также расположены в порядке селекции: самый старый изучаемый сорт - Мироновская 808, затем - Заря, далее - Инна, Памяти Федина, Московская 39, Галина, Лютесценс 33, Эритроспермум 377, Эритроспермум 281 и Лютесценс 248. Наблюдаются четко различия по уровню урожайности, содержанию белка и клейковины по периодам сортосмены.
Выявляются и отличия в реакции на уровень азотного питания. По урожайности на контрольном варианте без внесения азота диапазон между сортами с минимальной и максимальной урожайностью составляет всего лишь 0,8 т/га, тогда как эта разница с внесением 60 кг /га по д.в. азота составляет уже 1,7т/га, что в два раза больше, с внесением 90 кг/га азота этот диапазон уже в 3 раза больше по сравнению с контролем и составляет 2,3 т/га. Использование большей дозы снижает этот диапазон до 2,0 т/га. Причем минимальную урожайность имели сорта старой селекции - Мироновская 808 (на вариантах 0, 90 и 120 кг/га по д.в. она составляла 4,8; 5,5 и 6,1 т/га соответственно) и Заря на варианте 60 кг азота - 5,5 т/га. Максимальная урожайность была у современного сорта Галина (5,6 т/га) на контрольном варианте и на вариантах с внесением азотного удобрения - 7,2; 7,8; 8,1 т/га соответственно дозам 60; 90 и 120 кг/га.
По содержанию белка разница между сортами составляет 1,9 % на контрольном варианте и с внесением 60 кг/га азота, максимальная разница между сортами была на варианте 90 кг/га азота и составила 2,3 %. Без внесения азота минимальный уровень среди всех сортов был у Памяти Федина (10,8 %), максимальный - у сорта Московская 39 (12,7%).Московская 39 характеризовалась высоким уровнем содержания белка на всех вариантах - 13,7; 14 и 14 % на дозах 60,90 и 120 кг/га соответственно. Минимальное значение по этому признаку с внесением азота было отмечено у сорта Эритроспермум 281 (11,8 и 12,6 % на 60 и 90 кг азота). На самой большой дозе 120 кг азота минимальное содержание белка было у сорта Мироновская 808 (13,0 %), максимальное значение на вариантах 90 и 120 было у сорта Эритроспермум 377 (14,9 и 14,4 %). По содержанию клейковины наблюдаются те же тенденции. Наиболее высокий уровень содержания клейковины отмечен у сортов Московская 39 и Лютесценс 33. Невысокий уровень содержания клейковины имеют сорта Мироновская 808 и Памяти Федина. Таким образом, четко видны не только сортовые различия по уровню урожайности, содержанию- белка и клейковины, но и по реакции на внесение азота. Наиболее урожайные сорта - нового этапа селекции - Галина и Лютесценс 248. Высокий уровень отмечен и у сортов Памяти Федина и Лютесценс 33. Минимальная урожайность - сортов у Мироновская 808 и Заря. Больше всего различия по этому признаку выявлены на дозе 90 кг/га азота, за счет современной группы сортов. По содержанию белка и клейковины в среднем также отмечено оптимальное значение на варианте 90 кг азота.
Биоэнергетическая оценка применения азотных удобрений при возделывании различных сортов озимой пшеницы
Актуальность биоэнергетической оценки эффективности разнообразных технологических приемов, в том числе и внесения азотных удобрений, при возделывании озимой пшеницы обусловлена не только резким возрастанием стоимости энергоносителей и повсеместном снижении плодородия почвы, но и тем, что энергоемкость, является наиболее объективным показателем, не зависящим от конъюнктуры рынка, характеризует совершенство развития технологии и технологических средств для их осуществления.
Применяемые в настоящее время методы оценки эффективности агроприемов по затратам труда и экономическим показателям (рентабельность, затраты и др.) в ряде случаев недостаточны из-за колебания цен и не позволяют устанавливать фактические затраты энергии на производство продукции.
В основу энергетической оценки технологических процессов положены технологические карты и учитываются прямые энергозатраты (затраты электроэнергии, топлива), непосредственно расходуемые в технологическом процессе, а также косвенные энергозатраты (на производство средств механизации, удобрений, пестицидов и т. д.). Полная оценка энергозатрат рассчитывается посредством энергетических эквивалентов, учитывающих затраты прямой и косвенной энергии, отнесенные к единице потребляемых веществ (солома, навоз, торф, удобрения, пестициды и т. п.) и средств труда (трактор, погрузчик, смеситель, комбайн и т. п.). Этот метод позволяет учитывать не только энергосодержание в единице массы основной сельскохозяйственной продукции, например, в собранном урожае зерна, но и в побочной продукции.
Согласно современным экономическим положениям, интенсификацию земледелия понимают как возрастающий вклад и как наивысшую отдачу на все израсходованные ресурсы. Для разработки энергосберегающих технологий в земледелии анализируют структуры потоков антропогенной энергии в агроценозах с возможно более полным учетом как прямых, так и косвенных энергозатрат на каждой операции при возделывании культуры и доработке урожая. Центральным звеном анализа потоков энергии является количественное сравнение альтернативных операций возделывания культур с целью выбора из них наименее энергоемких, но и не менее эффективных.
Анализ энергоемкости процессов возделывания озимой пшеницы, проведенный по типовым технологиям Центрального района России, показал, что основные прямые затраты приходятся на обработку почв (17,9 %) и внесение удобрений и пестицидов (12,5 %), а также доработку зерна на току. В косвенных вложениях энергии на первом месте стоит уборка урожая (12,1 %), на втором - обработка почвы (7,8 %) (табл. 38 ).
Анализ структуры потоков антропогенной энергии (табл. 39) показал, что основное ее количество приходится на минеральные удобрения (44,3 %) и топливо (24,6 %), которые и являются главным резервом экономии при их рациональном использовании.
Некоторые авторы отмечают долю энергозатрат на применение удобрений равную 55. 6 % (Булаткин, 1986). Т. о. оптимальное использование удобрений, с экономией энергии по этому пункту энергетических затрат приведет к существенному снижению общей энергоемкости процесса возделывания пшеницы.
Как известно, в Центральном регионе за период вегетации озимой пшеницы поступает около 26 ккал/см или 10891,4 х 1000 Мдж/ га фотосинтетической активной радиации. При соотнесении количества поступающей ФАР с запасами энергии в урожае можно определить, что КПД ФАР в агроценозе озимой пшеницы при урожае зерна в 4,0 т/га составляет около 0,7 %.
Энергетическую эффективность возделывания озимой пшеницы можно оценить сравнением количества затраченной антропогенной энергии с накопленной в урожае.
Анализ энергозатрат на производство пшеницы (табл. 40) показал, что энергозатраты на 1 га возрастают с 22,5 ГДж до 37,4 ГДж по мере увеличения доз азотных удобрений. При этом наибольшие затраты отмечены на сорте Лютесценс 248 на варианте с внесением 120 кг/га по д. в. азота и составили 37,4 ГДж, а наименьшие результаты отмечены на сорте Заря на контрольном варианте (без внесения удобрений). По энергозатратам на производство 1 т зерна сорта располагались в следующей возрастающей последовательности: I). без внесения азота - первая группа сортов - 4,5 ГДж - Мироновская 808, Лютесценс 281, Лютесценс 33; вторая группа - 4,6 ГДж Заря; третья группа - 4,7 ГДж Инна, Памяти Федина, Московская 39; четвертая группа - 4,8 ГДж- Галина, Лютесценс 248; пятая группа - 5,0- Эритроспермум 377. С внесением возрастающей дозы азота происходит сохранение пяти групп, однако их состав меняется: II). С внесением 60 кг /га по д.в. азота- первая группа сортов - 4,9 ГДж -Лютесценс 33; вторая группа - 5,0 ГДж Заря, Инна, Эритроспермум 281; третья группа - 5,1 ГДж Мироновская 808, Памяти Федина, Московская 39; четвертая группа - 5,2 ГДж- Галина, Лютесценс 248; пятая группа - 5,3- Эритроспермум 377; III). С внесением 90 кг /га по д.в. азота- первая группа сортов - 5,7 ГДж - Мироновская 808, Заря, Лютесценс 33; вторая группа - 5,8 ГДж Московская 39, Памяти Федина, Эритроспермум 281; третья группа -6,0 ГДж Галина и Лютесценс 248; четвертая группа - 5,2 ГДж- Инна; пятая группа - 6,2 -Эритроспермум 377; III). С внесением 120 кг /га по д.в. азота- первая группа сортов - 6,0 ГДж - Московская 39; вторая группа - 6,1 ГДж Мироновская 808, Лютесценс 33, Памяти Федина; третья группа - 6,2 ГДж Заря, Галина, Эритроспермум 281; четвертая группа -6,3 ГДж- Галина, Лютесценс 248; пятая группа - 6,8- Эритроспермум 377. По полученным данным отмечаются следующие закономерности: 1). С ростом дозы азота происходит возрастание энергозатрат на производство 1 т зерна (с 4,5 ГДж до 6, 8 ГДж); 2). Четко выделяются на всех вариантах сорта Галина и Лютесценс 248, которые на всех вариантах, кроме дозы в 60 кг азота /га по д.в. занимают четвертое, предпоследнее место, сорт Эритроспермум 377, который показал няиботтьттше затраты на всех вариантах и сорт Московская 39, который с увеличением дозы снижает энергозатраты по сравнениею с другими изученными сортами (3 группа на контроле и варианте с использованием 60 кг азота, 2 группа при использовании 90 кг азота и 1 группа (наименьшие энергозатраты) на варианте 120 кг азота по д. в. (табл. 41).
Энергозатраты на производство 1 т белка (табл.40) также возрастают в увеличением дозы азотного удобрения от 31 ГДж до 41 ГДж. Наибольшие затраты по этому показатели отмечены у сортов Лютесценс 248 и Мироновская 808 на варианте 120 кг /га по д. в. и составляют 41 ГДж, наименьшие - у сорта Заря на контроле, т. е. по этому показателю закономерность аналогична затратам на производство 1 т зерна: с увеличением дозы азота растут энергозатраты на производство 1 т зерна - на контроле с 31 ГДж (Заря) до 36 ГДж (Памяти Федина); на варианте с внесением 60 кг азота по д.в./га - с 35 ГДж (Инна, Лютесценс 248) до 38 (Мироновская 808); на варианте 90 кг /га по д.в. -с 35 ГДж (Заря, Эритроспермум 377) до 41 ГДж (Мироновская 808); на варианте 120 кг/га по д.в. - с 36 ГДж (Лютесценс 33) до 41 ГДж (Мироновская 808 и Лютесценс 248). Следует также отметить невысокий уровень энергозатрат на производство 1 т белка у сортов Московская 39 (32 - 38 ГДж) и Галина (35-37 ГДж).
Наиболее результативным показателем биоэнергетической оценки является выход нетто-энергии (табл. 40), показывающей превышение энергии, накопленной в урожае над затратами на его получение. Наиболее высокий выход нетто-энергии отмечен с применением дозы азотной подкормки 90 и 120 кг/га и составил у сорта Лютесценс 248 -95,2 и 95,5 ГДж соответсвенно. Причем, выход нетто-энергии зависит от особенностей сорта. Максимальный уровень этого энергетического показателя при применении дозы 60 кг/га показали сорта Мироновская 808 и Эритроспермум 281; при 90 кг/га - Заря, Галина, Эритроспермум 377; при 120 кг/га - Лютесценс 33, Московская 39 и Памяти Федина. Одинаковый максимальный уровень показали сорта Инна и Лютесценс 248 на вариантах 90 и 120 кг/га. Наибольший выход нетто-энергии практически по всем дозам азота показали сорта Московская 39, Галина и Лютесценс 33, наименьший - наиболее старые сорта опыта - Заря и Мироновская 808.
Сопоставив эти данные с прибылью (табл. 43), получаемой на 1 га и с окупаемостью затрат видим, что применение азотных удобрений дает высокую прибавку и окупаемость, но следует отмечать и сортовые особенности. Стоимость дополнительной продукции от применения только азотных удобрений растет с увеличением дозы азота по всем сортам и составляет от 1725 до 6 775 руб. в зависимости от сорта и дозы азотного удобрения. Причем эта закономерность носит прямолинейный характер - чем выше уровень внесения азотных удобрений, тем больше прибавка в денежном выражении. Исключением являются сорта Мироновская 808 (2 250 руб., 1 850 руб. и 2 250 руб. на вариантах соответственно - 60, 90 и 120 кг/га по д. в.) и Эритроспермум 377 (1 725, 3 150 и 1 975 руб. соответственно дозам). У сорта Лютесценс 248 были получены максимальные значения по этому показателю на всех дозах - 4 600, 6 150, 6 775 руб. на дозах - 60, 90 и 120 кг/га по д.в.; наименьшие - у сортов Заря и Мироновская 808 - 2 000, 2 725, 2 775 руб. и 2 250, 1850, 2 250 руб. соответственно.
