Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности биологии яровой пшеницы во взаимосвязи формируемой продуктивности и экологических факторов, обеспечиваю щих её рост и развитие (обзор литературы) 15
1.1. Биологический и продовольственный потенциал зерна яровой пшеницы 15
1.2. Адаптивный подход в растениеводстве 21
1.3. Взаимосвязь продолжительности вегетационного периода, гидротермических условий и продукционного процесса 36
1.4. Прогнозирование урожаев, история и перспективы 66
Глава 2. Условия, материалы и методика исследований 74
2.1. Природно-климатические ресурсы юго-востока Западной Сибири ' 74
2.2. Материалы и объекты исследований 85
2.3. Методика исследований 87
Глава 3. Вегетационный период и его взаимосвязь с величиной форми руемого урожая зерна яровой пшеницы 91
3.1. Изменчивость продолжительности вегетационного периода у сортов различных групп спелости 92
3.2. Взаимосвязь между продолжительностью отдельных межфазных периодов развития растений яровой пшеницы 106
3.3. Корреляция между продолжительностью отдельных межфазных периодов в меняющихся условиях природно-климатических зон 123
3.4. Зависимость урожайности от продолжительности вегетационного и межфазных периодов 125
3.5. Особенности вегетации и формирования урожайности яровой твёрдой пшеницы 130
Глава 4. Характеристика обеспеченности растений яровой пшеницы за пасами продуктивной влаги и её влияние на урожайность 139
4.1. Обеспеченность продуктивной влагой вегетационного периода яровой пшеницы среднераннеи группы спелости и её влияние на урожайность 141
4.2. Зависимость урожайности зерна яровой пшеницы среднеспелой группы от распределения запасов продуктивной влаги по вегетационному периоду 147
4.3. Характеристика влагообеспеченности вегетационного периода яровой твёрдой пшеницы и её связь с урожайностью 154
Глава 5. Тепловой ресурс формирования продуктивности яровой пшеницы 160
5.1. Обеспеченность суммой биологически активных температур яровой мягкой пшеницы различных групп спелости 160
5.2. Взаимосвязь между урожайностью яровой пшеницы и распределением суммы биологически активных температур по вегетационному периоду 167
5.3. Распределение суммы биологически активных температур по вегетационному периоду яровой твёрдой пшеницы 174
5.4. Влияние динамики обеспеченности суммой биологически активных температур вегетационного периода яровой твёрдой пшеницы на количество и качество формируемой продуктивности зерна 179
5.5. Зависимость продуктивности яровой пшеницы от температу ры воздуха, почвы и их градиента 189
Глава 6. Аспекты прогнозирования урожайности зерна пшеницы 219
6.1. Прогнозирование урожайности зерна по анализу гидротермических ресурсов 219
6.2. Прогнозирование урожайности яровой пшеницы по результа там конкурсного испытания сортов - 236
Глава 7. Экологическая пластичность сортов яровой пшеницы 247
7.1 Оценка сортов мягкой и твёрдой яровой пшеницы по пара метрам экологической пластичности по урожайности 249
7.2. Зависимость показателей качества зерна, муки и хлеба от генотипа, метеоусловий (год), природно-климатической зоны и их взаимодействия 259
7.3. Параметры экологической пластичности сортов яровой мягкой пшеницы по показателям качества 270
Глава 8. Анализ аминокислотного состава зерна яровой пшеницы 276
8.1. Изменение содержания аминокислот под влиянием условий произрастания и сортовых особенностей 276
8.2. Оценка качества зерна яровой пшеницы по содержанию незаменимых аминокислот 296
8.3. Характеристика аминокислотного состава зерна яровой пшеницы по группам аминокислот 302
Глава 9. Сравнительная энергетическая оценка возделывания сортов яровой пшеницы 307
Выводы 316
Список литературы 326
Приложения 369
- Биологический и продовольственный потенциал зерна яровой пшеницы
- Изменчивость продолжительности вегетационного периода у сортов различных групп спелости
- Обеспеченность продуктивной влагой вегетационного периода яровой пшеницы среднераннеи группы спелости и её влияние на урожайность
- Обеспеченность суммой биологически активных температур яровой мягкой пшеницы различных групп спелости
Введение к работе
В структуре посева зерновых культур 55-60 % приходится на пшеницу, которая занимает ведущее место в энергетическом и питательном балансе человека, являясь основным поставщиком питательных веществ для людей и сельскохозяйственных животных. Несмотря на обилие высокопродуктивных, ценных сортов продолжает оставаться актуальной проблема улучшения этой культуры с точки зрения повышения её продуктивности и улучшения качества зерна.
Годовая потребность России в зерне сильной, ценной и твердой (классной) пшеницы составляет около 15 миллионов тонн, в том числе 2 миллиона твёрдой. Закупки пшеницы сильных и ценных сортов, а также твёрдой упали в последние годы на 70 - 93 % (Корзун Г.А., 1998). Для решения проблемы производства высокобелкового зерна в стране есть все природные предпосылки (Вражнов А.В., Шиятый Е.И., Медведев А.Г., 2003). Следовательно, необходимо искать оптимальные пути их использования. Для гарантированного получения плановых показателей необходимо с достаточным научно-практическим обоснованием подходить к предполагаемому уровню урожайности. Учитывая, что последняя определяется рядом факторов и причин, к которым относятся и природно-климатические условия, игнорирование которых при анализе урожайности может привести к неправильным выводам при оценке хозяйственной деятельности. Однако и управлять ими человек не в силах, он может и должен учитывать и уменьшить их отрицательное воздействие (Шатохина Л.А., Хаустова Г.И., Шатохина О.И., 2004). Основываясь на анализе количественных измерений изучаемых явлений, можно с определенной точностью с помощью методов математической обработки определить возможную урожайность.
Законы рыночной экономики поднимают значение оценки рентабельности возделывания той или иной культуры в природно-климатических уело-
виях конкретных территорий. Эти оценки базируются на результатах многолетних данных урожайности культуры и её основных факторов. При решении экономических вопросов, планировании и реализации хозяйственных мероприятий необходимо иметь прогнозы урожайности различной заблаговре-менности (Костюков В.В., Старостина Т.В., 2005).
Постоянно повышаемая культура ведения сельскохозяйственного производства служит средством оптимальной реализации не только средних климатических ресурсов урожайности сельскохозяйственных растений, но и особенно средством оптимальной реализации (наибольшей отдачи) положительных тенденций этих ресурсов (Тихонов В.Е., 2005).
Повысить и максимально использовать адаптивный потенциал сортов -главнейшая задача современного растениеводства, решение которой определяется знанием биологических особенностей проявляемых культурой в конкретных экологических условиях.
Улучшение технологической и пищевой ценности зерна - одна из важнейших проблем растениеводства. Количественная и качественная стороны продукционного процесса формируемого зерна пшеницы зависит от биологических особенностей сорта и условий выращивания. И чтобы разработать научно-обоснованые технологические приемы по выращиванию и спланировать ожидаемый результат в соответствии с требованиями современного сельскохозяйственного производства, а также хлебопекарной и макаронной промышленности, необходимо изучать сорта, то есть определять, как у них формируются урожайность и основные признаки качества в максимально широком для конкретного региона диапазоне климатических условий и т. п.
Современные сорта мягкой и твёрдой яровой пшеницы обладают достаточно высокими потенциальными возможностями, как по урожайности, так и по качеству.
Однако генетический потенциал высокопродуктивных сортов используется в производственных условиях на 30 - 50 %, и проблема сочетания вы-
сокого урожая с высоким качеством зерна остается одной из самых важных, и по сей день (Князев Б.М., Дзагова Д.А., 2004).
Урожайность зерна, формируемая на полях сортоучастков, превышает урожайность в производственных посевах в 1,4 - 2,8 раза, ниже на 45,6 %. Одной из причин такого положения дел является то, что подбор сортов осуществляется без учета способности растений проявлять свой адаптационный потенциал в экологических условиях конкретных территорий выращивания. Поэтому необходимо ориентироваться не только на высоко продуктивные сорта, но и в первую очередь на высоко адаптированные к экологическим условиям (Андреева З.В., Цильке Р.А., 2006).
Реальное состояние среды отличается, как правило, несоответствием её параметров (температуры, влажности, рН, содержания элементов питания и др.) требованиям растений. Один или часть факторов находятся в относительном минимуме или максимуме, ограничивая действие остальных. При этом параметры ряда факторов среды весьма изменчивы и зависят от погод-но-климатических условий (Муха В.Д., Кочетов И.С., Муха Д.В. и др., 1994; Радченко СИ., 1967; Коровин А.И.,1972; Калинин Н.И., 1981).
В этой связи растения на протяжении всей своей жизни развиваются в условиях переменных параметров среды и своей продукционной программы. Устранение растениями дефицита того или иного фактора их жизни происходит постоянно в том или ином соотношении в зависимости от складывающихся условий внешней среды и физиологических процессов, протекающих в растительном организме (Лебедев Н.С., 1999).
Наибольший рост урожайности сельскохозяйственных растений за прошедший период достигнут в тех природно-климатических зонах мира, где действие лимитирующих факторов внешней среды было наименьшим. К числу важнейших методологических особенностей, определяющих содержательную часть, относится ориентация всей производственной деятельности человека, и в первую очередь в сфере растениеводства, на приоритетное ис-
пользование экологически безопасных неисчерпаемых и воспроизводимых ресурсов Земли.
Переход к адаптивному растениеводству, как составной части в целом сельскохозяйственного производства, базирующемуся на адаптивном размещении производственных посевов с целью получения высоких урожаев качественного продовольственного зерна, на основе использования набора сортов, максимально адаптированных к возможным флуктуациям погоды.
На территориях с наиболее неблагоприятными условиями природной среды, к которым относится юго-восток Западной Сибири, принципы адаптивного растениеводства должны быть приоритетными. При этом биологические ритмы сортов должны гармонично использовать благоприятные экологические факторы и характер их распределения по вегетационному периоду и избегать от воздействия возможных абиотических проявлений, негативно отражающихся на количестве и качестве формируемой продуктивности.
Очевидно, что характер функционирования системы сортоиспытания должен позволять объективно оценивать новые приоритеты и критерии в селекционном процессе. При этом разрешающие возможности испытания сортов должны охватывать весь спектр современных направлений адаптивной системы селекции. Для условий России особенно важно идентифицировать признаки экологической устойчивости, обеспечивающие реализацию потенциальной продуктивности в неблагоприятных условиях внешней среды (Жу-ченко А.А., 2000).
Для более полной реализации генетического потенциала продуктивности растений необходима комплексная экологически и экономически обоснованная оптимизация среды, а также мониторинг среды и состояния растений в течение всего периода их жизни, что позволит перейти к адаптивной стратегии природопользования (Жученко А.А., 1994).
Таким образом, для успешного решения задач управления продукционным процессом и создания программ, моделей этого процесса необходимо
выявлять закономерности роста и развития растений в конкретных экологических условиях. Они в значительной мере объясняют природу возникновения и механизмы действия лимитирующих факторов жизни растений, а также позволяют частично или полностью оградить от них в процессе возделывания, тем самым добиться максимально приближенного к оптимуму требований растений к условиям их жизнедеятельности и реализации заложенного в них продукционного потенциала.
Цель и задачи исследований. Цель исследований состояла в выявлении биологических закономерностей реализации продукционного потенциала яровой мягкой и твердой пшеницы, обусловленных влиянием факторов отличающихся экологических условий, разработке моделей прогнозирования количества формируемой продуктивности, а также оценке адаптационного потенциала сортов по урожайности зерна, параметрам его качества и аминокислотного состава.
В соответствии с поставленной целью были определены конкретные задачи исследований:
- изучить изменчивость продолжительности протекания вегетацион
ного и межфазных периодов под влиянием сортовых особенностей и природ
но-климатических условий;
установить характер и направленность взаимосвязей между продолжительностью отдельных межфазных периодов вегетации;
выявить зависимость урожайности зерна от продолжительности вегетационного и межфазных периодов;
определить взаимосвязь между обеспеченностью растений яровой пшеницы сортов отличающихся по продолжительности вегетации продуктивной влагой и количеством формируемой продуктивности;
установить закономерности распределения тепла по вегетационному периоду у яровой мягкой и твёрдой пшеницы в зависимости от продолжительности вегетации и его влияние на урожайность зерна;
изучить зависимость количества формируемой продуктивности от температуры воздуха, почвы и их градиента;
разработать математические модели прогнозирования урожайности зерна по анализу гидротермических ресурсов и на основании результатов государственного сортоиспытания;
- провести оценку сортов мягкой и твёрдой яровой пшеницы по параметрам экологической пластичности по урожайности зерна и отдельным показателям его качества;
оценить изменчивость показателей физико-химических и технологических свойств зерна под влиянием отдельных факторов (сорт, природно-климатическая зона, метеоусловия года и их взаимодействие);
выявить изменчивость аминокислотного состава зерна под влиянием сортовых особенностей и природно-климатических условий произрастания;
провести оценку зерна по содержанию незаменимых и других групп аминокислот (нейтральных, основных, кислых).
Научная новизна:
проведен сравнительный анализ вариабельности продолжительности вегетационного и межфазных периодов у сортов различных групп спелости в разрезе экологических условий и сортовых особенностей;
впервые в данных условиях выявлены направленность и значимость взаимосвязей между продолжительностью межфазных периодов роста и развития растений сортов яровой пшеницы различных групп спелости;
установлены закономерности варьирования урожайности зерна от продолжительности вегетационного и межфазных периодов;
в данных условиях впервые проведены исследования и выявлены закономерности по особенностям вегетации, а также количества и качества формируемой урожайности зерна твёрдой яровой пшеницы;
детально изучена динамика обеспеченности растений твёрдой и мягкой яровой пшеницы запасами продуктивной влаги и установлены закономерности изменения под её влиянием продуктивности;
проведен сравнительный анализ изменчивости распределения суммы биологически активных температур у сортов яровой пшеницы разных групп спелости и выявлены закономерности взаимосвязи её динамики с количеством и качеством формируемого зерна;
впервые в данной экологической нише изучены закономерности зависимости продукционного процесса от температурного градиента воздуха и почвы и его влияние на урожайность в зависимости от сортовых особенностей и природно-климатических условий;
разработано два вида математических моделей прогнозирования уровня зерна по анализу гидротермических ресурсов и урожайности, получаемой при испытании сортов;
дана оценка сортов яровой твёрдой и мягкой пшеницы по параметрам экологической пластичности по урожайности зерна и показателям его качественной оценки;
впервые проведено изучение качества зерна, выращиваемого в экологических условиях юго-востока Западной Сибири, по аминокислотному составу и дана оценка его биологической ценности.
Практическая значимость исследований:
- выявленные закономерности продукционного процесса мягкой и
твёрдой яровой пшеницы под влиянием конкретных экологических факторов
и продолжительности вегетации могут являться практической основой для
разработки комплекса технологических приёмов ведения производства то
варного зерна;
- установленные закономерности взаимосвязи продолжительности
межфазных периодов вегетации, их влияние на урожайность и оценка сортов
по параметрам экологической пластичности по урожайности зерна и показа
телям его качества могут быть использованы для планирования размещения
сортов по природно-климатическим зонам, при подборе сортовой гаммы в
производственных посевах, а также в селекционной работе;
созданные математические модели позволяют планировать получение урожаев зерна по прогнозам гидротермических условий и урожайности, получаемой в процессе испытания сортов;
использование выявленных закономерностей реализации продукционного потенциала в конкретных экологических условиях дают возможность планировать ведение сельскохозяйственного производства по принципам адаптивного подхода, обеспечивающего максимальную реализацию геноти-пических возможностей заложенных в растениях того или иного сорта и получение экологически безопасной продукции.
Основные положения, выносимые на защиту:
изменчивость продолжительности вегетационного и межфазных периодов у сортов яровой пшеницы различных групп спелости под влиянием экологических условий произрастания;
взаимосвязь между временем протекания отдельных межфазных периодов у сортов различных групп спелости;
корреляция между продолжительностью вегетационного и межфазных периодов и урожайностью зерна;
возможность реализации количественного и качественного продукционного потенциалов яровой твёрдой пшеницы в условиях юго-востока Западной Сибири;
влияние распределения по вегетационному периоду запасов продуктивной влаги в разных слоях почвы на урожайность зерна яровой пшеницы различных групп спелости в отличающихся экологических условиях;
зависимость урожайности зерна от динамики температурного градиента воздуха и почвы, а также изменение соотношения влияния температуры воздуха и почвы на продуктивность по месяцам вегетации;
оценка сортов по параметрам экологической пластичности по урожайности зерна и показателям его качества и её применение при подборе и размещении сортов;
изменчивость массовой доли отдельных аминокислот в зерне яровой пшеницы под влиянием экологических условий и сортовых особенностей.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на заседаниях научного и методического совета Кемеровского государственного сельскохозяйственного института (1999 - 2003 гг.), областных и районных конференций, на отчётных конференциях по результатам испытания сельскохозяйственных культур в департаменте сельского хозяйства области, на совещании главных специалистов; на научно практических конференциях международного уровня: «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика», Кемерово, 2004 г.; «Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и образования», Самара, 2005 г.; «Агроэкосистемы в свете получения экологически безопасной продукции растениеводства», Кемерово, 2005 г.; регионального уровня: «День земли: экология и образование в Алтайском регионе», Бийск, 1998 г.; «Внедрение ресурсосберегающих технологий сельскохозяйственного производства», Новокузнецк, 1999, 2000, 2001 гг.; «Новый аграрный курс России и его реализация. Региональный аспект», Пенза, 2001, 2002 гг.; «Тенденции и факторы развития агропромышленного комплекса Сибири», Кемерово, 2005 г.; «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике», Томск, 2005 г.; «Аграрная наука на рубеже веков», Красноярск, 2006 г.
Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 2 монографиях: «Биологические основы получения высококачественно-
го зерна продовольственной пшеницы в Кемеровской области», «Физиолого-биологические свойства зерна и пути оптимизации его подготовки к длительному хранению» и 42 научных статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 9 глав и изложена на 368 страницах компьютерного набора, содержит 87 таблиц, 57 приложений, иллюстрирована 25 рисунками. Список литературы включает 411 наименований, в том числе 37 на иностранных языках.
Выражаю особую искреннюю благодарность и глубокую признательность за полезные и своевременные научные консультации и советы доктору сельскохозяйственных наук Е.П. Кондратенко, доктору технических наук, действительному члену РАЕН, ректору Кемеровского государственного сельскохозяйственного института В.И. Мяленко. Начальнику инспектуры Государственной комиссии РФ по испытанию и охране селекционных достижений по Кемеровской области В.И. Ермолову за помощь и необходимую поддержку в организации и проведении опытов, наблюдений и анализов.
Биологический и продовольственный потенциал зерна яровой пшеницы
Пшеница занимает ведущее место в энергетическом и питательном балансе человека и сельскохозяйственных животных. Однако, данные ФАО по пищевым ресурсам, с особой остротой поставили вопрос о необходимости улучшения качества зерна злаков, которое предполагает как увеличение белка в зерне, так и обогащение его незаменимыми аминокислотами. Актуально, кроме того, и улучшение хлебопекарных свойств зерна пшеницы. (Поползу-хинаН.А.,РутцР.И.,2001).
Качество зерна является одной из важнейших характеристик сортов зерновых. Оно включает в себя комплекс хозяйственно ценных признаков, определяющих пищевую и питательную ценность для технологического использования. Высокое содержание белка и незаменимых аминокислот в зерне служит основным показателем его питательной ценности. Количество и качество клейковины, а так же состояние углеводно-амилазного комплекса определяют технологические и хлебопекарные свойства.
Основное использование зерна пшеницы - на продовольственные цели, отсюда повышенные требования к стабильному формированию высоких хлебопекарных качеств. Ценность зерна пшеницы определяется количеством содержащегося в нем белка и качеством клейковины. Содержание белка в зерне, являясь наследственным сортовым признаком, имеет большую изменчивость под влиянием, как агротехнических условий, так и погодных.
Анализ урожайности и протеина по сортам показал, что повышение урожайности практически не сопровождается снижением белковистости зерна. Оба признака больше реагировали на почвенно-климатические условия (Суднов П.Е.,.1965; Созинов А.А., 1978; Авдонин Н.С., 1979; Коданев И.М., 1983). Однако Н.Н. Иванов (1948), А.И. Носатовский (1965), Марушев А.И. (1964), В.А. Морозов (1965), Г.В. Дегтярева (1981) указывают на обратную пропорциональную связь между урожайностью и количеством белка в зерна пшеницы. Противоречивость заключений по данному вопросу является следствием высокой интегральное изучаемых признаков и подчеркивает важность учета комплекса факторов.
По данным В.Г. Конарева (1968 - 1976) из качественных признаков зерна пшеницы наиболее стабильными являются: натура (V - 0,7 %), содержание белка (V - 5,6 %), клейковина (V - 6,4 %), ИДК (V - 10,3 %), влаго-поглотительтная способность (ВПС) (V - 2,8 %), валориметрическое число (V-9,8%).
Из химических свойств зерна первостепенное значение имеет содержание клейковины и её качество. Клейковина является фракцией не растворимых в воде белков, представленных в основном глиадинами и глютенинами (Чинго-Чингас К.М., 1922), её наличие придает пшеничному тесту формо-устойчивость при брожении и выпечке.
Хлебопекарная сила муки связана в основном с белковым комплексом зерна и зависит не столько от количества белка, сколько от качества клейко-винных белков, которое является генетически наследственным фактором (Пумпянский А.Л., 1967; Майстренко О.И. и др., 1972.).
По содержанию незаменимых аминокислот белки зерновых культур уступают белкам животного происхождения, особенно по содержанию лизина (Коданев И.М., 1976).
Ценность белков пшеницы заключается в том, что они легко усваиваются организмом и в них содержится сравнительно большое количество глю таминовой кислоты, которая имеет важное значение в обмене веществ - активизируя умственную и физическую способность человека. Суточная потребность человека в глютаминовой кислоте (16 милиграмм) может полностью покрываться за счет употребления хлеба (Созинов А.А., Козлов В.Г., 1970).
По классификации впервые предложенной Осборном (1935) белковый комплекс зерна пшеницы представлен в основном следующими фракциями: альбуминами, глобулинами, глиадинами и глютенинами.
Альбумины и глобулины (растворимые белки) более богаты незаменимыми аминокислотами, и особенно такими дефицитными, как лизин, триптофан, метионин, чем клейковинообразующие фракции белка. Но содержание их в зерне невысокое, около 10 - 15 % и редко 20 - 25 % (Конарев В.Г. 1974).
По данным Н.М. Сисакяна и Л.С. Маркосяна (1959) альбумины превосходят глиадины по содержанию лизина более чем в 4 раза, по триптофану в 3 раза, по метионину почти в 2 раза.
Альбумины и глобулины являются ферментативными белками и играют важную роль в ферментативных процессах организма. Глиадины и глюте-нины - запасные белки эндосперма зерна пшеницы - составляют основу клейковины, от качества которой зависят хлебопекарные свойства муки пшеницы.
На это же указывает и Е.В. Надежкина (2003), отмечая, что отдельные белковые фракции отличаются по своим свойствам и по-разному влияют на качество продовольственного зерна. Так, альбумины и глобулины являются белковыми носителями ферментных систем, а глиадины и глютенины определяют хлебопекарные качества пшеницы. Высокими хлебопекарными качествами отличается зерно, в котором соотношение глиадина и глютенина в белке близко к единице.
Изменчивость продолжительности вегетационного периода у сортов различных групп спелости
Продолжительность вегетации сортов яровой пшеницы различна. Непостоянство вегетационного периода отмечается даже в пределах одного и того же сорта (Гребенников С.Д., 1949; Разумовский А.Г., 1967; Стефанов-ский И.А., 1968). По данным В.Е. Росенковой (1977), в целом вегетационный период характеризуется средней изменчивостью (V = 10-20 %). К слабо варьирующим признакам относят вегетационный период и другие исследователи В.А. Зыкин, Л.Д. Таран (1971), В.А. Сапега (1992).
Следовательно, причину существенного варьирования урожайности следует искать в изменении продолжительности отдельных межфазных периодов и условиях их протекания.
Результаты наших исследований по изменчивости, как в целом вегетационного, так и отдельных межфазных периодов показывают, что у сорта Тулунская 12, относящегося к среднеранней группе спелости, в целом вегетационный период, имеет размах варьирования (V) в лесостепной зоне Кемеровской области 27,6 %, а в степной 25,6 % (табл. 3.1, приложения 14 - 15).
Варьирование начального периода вегетации (посев - колошение) по обеим зонам приблизительно в два раза слабее варьирования конечного периода (колошение - восковая спелость). Значение величины размаха варьиро вания соответственно в лесостепной и степной зонах составило 33,3, 26,3 и 45,6, 47,1 %. Продолжительность периода посев - колошение в лесостепной зоне в среднем была 47 дней, в степной 51, а длина колошения - восковая спелость соответственно - 35 и 38 дней. В то же врем, некоторые авторы отмечают, что растения пшеницы скороспелых сортов в отличие от позднеспе лых характеризуются более коротким периодом всходы - колошение и продолжительным периодом колошение - созревание (Кузьмина К.М., Кумаков В.А., 1983; YashidaH., Kawaguci К., Kamio М., 1985).
Отдельные периоды начала вегетации подвержены достаточно сильной изменчивости. Размах варьирования межфазного периода посев - всходы, всходы - кущение и кущение - колошение колебался в лесостепной зоне от 33,3 до 53,3 %, а в степной от 50,0 до 60,0 %.
Причём изменчивость продолжительности всех периодов начала вегетации в степной зоне имеет большую изменчивость по сравнению с лесостепной. А в целом длина вегетативного периода более вариабельна в лесостепной зоне.
У среднеспелых сортов типа Иртышанка 10 размах варьирования периода вегетации был так же относительно невысок, как по природно-климатическим зонам, так и по годам (табл. 3.2).
Наибольшее варьирование по годам наблюдается в продолжительности репродуктивного периода вегетации, по сравнению с вегетативным, причём, разница между природно-климатическими зонами по продолжительности обоих периодов незначительна. Размах варьирования длины начала вегетации в лесостепи составил 29,1, а в степи 25,4 %, конечного периода соответственно - 47,4 и 42,3 %.
Из межфазных периодов вегетативного периода наибольшей изменчивости были подвержены в достаточно сильной степени все периоды, размах варьирования по годам и зонам изменялся от 33,3 до 60,0 %. По возрастанию разницы между зонами периоды располагаются в следующем порядке: кущение - колошение, всходы - кущение и посев - всходы. Наиболее существенно эта разница проявилась в период кущение - колошение. Если в лесостепной зоне размах варьирования его продолжительности составил 33,3 %, то в степной уже 50,0 %.
Обеспеченность продуктивной влагой вегетационного периода яровой пшеницы среднераннеи группы спелости и её влияние на урожайность
Результаты корреляционного анализа данных по сорту Тулунская 12 представлены в таблице 4.1. Анализ данных таблицы показывает, что как направленность, так и значимость взаимосвязей между урожайностью и запасами продуктивной влаги носят неоднозначный характер по межфазным периодам развития растений, по слоям почвы, а также по природно-климатическим зонам.
На первом этапе развития растений сорта Тулунская 12 межфазный период посев - всходы по всему почвенному горизонту на глубине от 0 до 100 см между почвенной влагой и урожайностью в лесостепной зоне устанавливается отрицательная взаимосвязь, коэффициенты корреляции варьируют в пределах от - 0,119 до — 0,421. Причём, наиболее существенная и приближающаяся к средней эта взаимосвязь в слое 0-20 см. Такой характер взаимосвязи, по нашему мнению, указывает в некоторой степени на избыточное увлажнение почвы в данный период вегетации. Это может затянуть появление всходов, так как способствует уплотнению почвы, её моцерировании и уменьшению аэрации семени (Носатовский А.И., 1965; Бараев А.И., 1978; Шабанов В.В., 1981; Ведров, Н.Г., 1998 и др.).
В реальных условиях среды при понижении влажности почвы концентрация почвенного раствора возрастает, так как-то же количество веществ будет растворено в меньшем объёме. В этом случае давление внешнего раствора может превысить давление клеточного сока, и клетка будет испытывать на себе перепад давлений. В результате этого вода будет диффундировать из вакуоли во внешний раствор, и объём клетки будет уменьшаться, а концентрация клеточного сока - возрастать, причем вода будет выходить из клетки до тех пор, пока не уравновесится давление в осмотической системе клеточный сок - внешний (почвенный) раствор. В итоге повысится осмотическое давление клеточного сока и сосущая сила растений, благодаря чему увеличится скорость поглощения воды и растворенных в ней веществ.
В растворах с чрезвычайно высокой концентрацией осмотически активных веществ происходит дополнительный отток воды из клеток, так как вода перетекает из области низкого в область более высокого осмотического давления. В результате этого происходит ещё более сильное обезвоживание клеток и тканей растений, что в целом нарушает обмен веществ, процессы метаболизма, значительно усиливает дыхание, может вызвать плазмолиз и гибель растений.
Ингибирующее действие воды в условиях избыточного увлажнения проявляется, во-первых, в том, что она разбавляет питательный раствор, понижая концентрацию веществ в нём. Это приводит к усилению их действия как лимитирующего фактора, снижает плотность диффузионного потока. Во-вторых, при повышении содержания воды в почве уменьшается концентрация в ней воздуха, что ухудшает корневое дыхание растений, затормаживает их развитие и снижает продуктивность, может привести к их гибели (Лебедев Н.С., 1999).
Несомненно, иначе картина выглядит в период появления всходов в степной зоне, где корреляция между урожайностью и почвенной влагой положительная, хотя и несущественная по всем почвенным слоям. Это указывает на умеренную, но достаточную влагообеспеченность семени для прорастания. Что можно увидеть, если сопоставить содержание влаги в почве (Приложения 22, 23) с теоретически необходимой для появления всходов нормой. Для формирования дружных, нормальных по густоте всходов необходимо, чтобы в посевном слое (0-10 см) почвы было не менее 14-16 мм продуктивной влаги. Влагопотребление яровой пшеницы сорта Тулунская 12 за анализируемый период в период посев - всходы в слое почвы 0 — 10 и 0 — 100 см колебалось в лесостепной зоне от 6 до 16 мм и от 88 до 186 мм соответственно. В степи - от 5 до 20,4 и от 39,3 до 182,8 мм. Причём года с недостаточной влагообеспеченностыо в слое 0 - 10 см в лесостепи и в степи составляли 45 %, в слое 0 - 100 см в лесостепи 1,5 %, а в степи 36 %, Этим вполне можно объяснить полученную тенденцию взаимосвязи урожайности зерна и влагообеспеченности продуктивной влагой растений в межфазный период посев - всходы.
Обеспеченность суммой биологически активных температур яровой мягкой пшеницы различных групп спелости
Температурный фактор оказывает существенное влияние на рост и развитие растений. Он определяет время прорастания семян и продолжительность межфазных периодов развития растений, характер формирования и всасывающую способность корневой системы, интенсивность фотосинтеза, дыхания, динамику, характер и скорость обмена веществ, определяющих, в конечном счёте, продуктивность растения. Необходимость исследований по данному вопросу определяется целесообразностью при решении проблемы выращивания сорта в конкретных климатических условиях.
В данной работе предпринята попытка, детально, установить обеспеченность теплом растений яровой мягкой пшеницы как в целом, за вегетационный период, так и по отдельным межфазным периодам. На основании этого оценить вероятность реализации потенциальной продуктивности сортов, различающихся по продолжительности вегетации в условиях юго-востока Западной Сибири.
Критерием обеспеченности растений теплом является сумма биологических температур, определяемая как потребность растений в тепле в виде суммы средних суточных температур, как за весь период вегетации, так и по межфазным периодам развития (Жуков В.А., Полевой А.Н., Витченко А.Н., 1989).
Исследования выполнены в степной и лесостепной природно-климатических зонах юго-востока Западной Сибири, охватывающих соответственно южные и северные провинции региона.
В качестве среднераннего сорта изучали Тулунскую 12, среднеспелого - Иртышанку 10, среднепозднего - Омскую 24. Исследования ранне- и среднеспелых групп сортов проводилась за период с 1989 по 1999 годы, а средне-позднего - с 1981 по 2002 выборочно в течение восьми лет. Года исследований отличались по гидротермическим условиям.
Данные по динамике обеспеченности растений яровой мягкой пшеницы разных групп спелости суммой биологически активных температур представлены в таблице 5.1 и 5.2 (приложения 35 - 39). ненной продолжительности вегетации и отдельных межфазных периодов. В целом за вегетацию обеспеченность суммой активных температур в степи у среднеранних сортов составляла 1520 С, у среднеспелых - 1530, у средне-поздних- 1669 С, в лесостепи соответственно- 1306, 1496 и 1525 С.
Сравнивая вегетативный и репродуктивный периоды вегетации растений, установлено, что по минимуму потребления тепла среднеранняя и среднеспелая группы сортов отличаются незначительно и между собой (831 и 826 С), и существеннее по зонам (684 и 775 С). Среднепоздние сорта наиболее обеспечены теплом в течение начального периода (925 в степи и 893 С в лесостепи), особенно в межфазный период кущении - колошение (541 и 485 С), что, по-видимому, позволяет им формировать более высокую и качественную продуктивность.
Период посев - всходы по обеспеченности суммой активных температур характеризовался высокой изменчивостью, как по годам, так и по при-родно-экономическим зонам. При сравнивании сортов различных групп спелости обращает на себя внимание то, что между ранне- и среднеспелыми сортами существенной разницы не наблюдается. Особенно выровнены у этих сортов минимальные значения суммы температур (V = 1,5 %). Некоторое увеличение накопления тепла отмечено у среднепоздних сортов, особенно в лесостепной зоне. Наибольшее варьирование теплообеспеченности этого периода установлено у среднеранней группы сортов в степи и среднепоздней в лесостепи.
По потреблению тепла в период всходы - кущение установлено отличие у среднепоздних сортов, которые в степной зоне набирают от 173 до 329С, отличаются меньшим варьированием по сравнению с сортами других групп. В то же время в условиях лесостепи они характеризуются самым низким минимумом (87С) и самым высоким размахом варьирования (V = 72,2 %).
Анализ теплообеспеченности периода кущение - колошение выявил выраженную биологическую разницу между различными по продолжительности вегетации сортами, которая как по минимальным, так и по максимальным значениям возрастает пропорционально длине вегетации растений. Исключение составляют среднепоздние сорта в лесостепи, что можно объяснить агроэкологическими возможностями данной природной зоны в отношении этой группы сортов.
