Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 8
1.1 Из истории культуры яровой пшеницы в Северном Зауралье 8
1.2 Рост и развитие яровой пшеницы в зависимости от влияния экологических факторов 9
1.3 Роль сорта в формировании урожайности и технологических свойств зерна пшеницы 26
1.4 Влияние сроков посева на урожайность и технологические свойства зерна пшеницы 34
2 Материал, условия и методика проведения исследований 39
2.1 Место и условия проведения исследований 39
2.2 Агроклиматические ресурсы северной лесостепи Тюменской области 40
2.3 Метеорологические условия в годы проведения исследований 43
2.4 Материал для исследований 51
2.5 Методика проведения исследований 54
3 Влияние сроков посева на рост, развитие и продолжительность вегетационного периода раннеспелых сортов яровой пшеницы 58
4 Формирование элементов урожайности раннеспелыми сортами яровой пшеницы в посевах разных сроков 69
5 Качество зерна раннеспелых сортов яровой пшеницы в зависимости от сроков посева 82
6 Динамика показателей качества зерна у раннеспелых сортов пшеницы в период созревания при различных сроках посева 97
7 Изменение показателей качества зерна при перестое яровой пшеницы на корню 114
8 Изменение содержания и качества клейковины в период послеуборочного хранения зерна 124
9 Результаты производственного опыта 128
10 Экономическая и биоэнергетическая эффективность возделывания раннеспелых сортов яровой пшеницы различных сроков посева 135
Выводы 139
Предложение производству 141
Список литературы 143
Приложения 165
- Из истории культуры яровой пшеницы в Северном Зауралье
- Агроклиматические ресурсы северной лесостепи Тюменской области
- Формирование элементов урожайности раннеспелыми сортами яровой пшеницы в посевах разных сроков
- Динамика показателей качества зерна у раннеспелых сортов пшеницы в период созревания при различных сроках посева
Введение к работе
Яровая пшеница - важнейшая зерновая культура. Пшеница заняла важное место в питании человека прежде всего благодаря особым, уникальным свойствам белков, позволяющим получать из пшеничной муки хлеб с высокими вкусовыми и физическими качествами, а также макаронные изделия.
За годы возделывания яровой пшеницы в Северном Зауралье площадь посева достигла максимума в 70-х годах 20 века и составила около 800 тыс. га. За последнее десятилетие она сократилась до 350-400 тыс. га, и стабилизировалась на этом уровне. Средняя урожайность яровой пшеницы в Тюменской области колеблется от 14-15 ц/га в неблагоприятные по погодным условиям годы, до 21-22 ц/га в благоприятные.
Годовая потребность России в зерне сильной, ценной и твёрдой пшеницы составляет около 15 млн. т, в том числе 2 млн. т твёрдой. Закупки пшеницы сильных и ценных сортов, а также твёрдой упали в последние годы на 70-93% (Корзун, 1998).
Ухудшение показателей качества зерна вызвано резким снижением количества применяемых удобрений и средств защиты растений, недостатком устойчивых к неблагоприятным факторам сортов и эффективных технологий выращивания сильного и ценного зерна.
По данным Государственной хлебной инспекции, в последние годы в обследованных партиях зерна мягкой пшеницы ощутимо снизилось содержание клейковины. До 1996 г. этот показатель в среднем по Российской Федерации составил 23-24% (в 1995 г. - 25%), а в 1997 г. снизился до 20% и в 1999-2000 гг. оставался на уровне 21%. За период 1991-2000 гг. снизилось средневзвешенное содержание белка в зерне мягкой пшеницы. Ухудшение состояния белкового комплекса обследуемого зерна мягкой пшеницы подтверждается и показателями
стекловидности. В 1991-1994гг. этот показатель составлял 48-50%, а в 1995-1996 гг. снизился до 46-47% и с 1997-2001 гг. находится на уровне 45%. По результатам проводимой ежегодно хлебопекарной оценке, как указывает Е.В. Беседина (2002), отмечено ухудшение хлебопекарных свойств обследованного зерна мягкой пшеницы.
Повышение качества зерна имеет важное народнохозяйственное значение для более рационального использования зерна и продуктов его переработки.
Актуальность темы. В настоящее время технические и финансовые возможности большей части хозяйств России не позволяют в полном объёме применять рекомендованные зональные технологии возделывания сельскохозяйственных культур. В связи с этим приходится изыскивать резервы для эффективного производства зерна в сложившихся условиях. Один из таких резервов - правильный подбор сортов.
Для каждой природно-климатической зоны требуются сорта, наиболее приспособленные к специфическим факторам среды. Многолетняя практика сибирского земледелия показала, что для всех зон, а для северных - особенно, нужны скороспелые сорта, характеризующиеся своевременным созреванием, устойчивостью к прорастанию зерна в колосе и полеганию, способные накапливать в зерне достаточно высокое количество белка, превосходить районированные по содержанию и качеству клейковины, силе муки и хлебопекарным свойствам.
При одних и тех же сроках посева урожайность и качество зерна различных сортов яровой пшеницы бывают различными. К каждому сорту необходим индивидуальный подход с технологических позиций. Так, посев сортов в оптимальные сроки даёт возможность обеспечить растения влагой, предохранить их от поражения вредителями и
болезнями, способствует получению высоких урожаев с хорошими физическими и технологическими качествами зерна.
Цель исследований - изучить особенности формирования урожайности и качества зерна раннеспелыми сортами яровой пшеницы в условиях северной лесостепи Тюменской области.
В задачи исследований входило:
выявить влияние сроков посева на рост и развитие раннеспелых сортов пшеницы;
изучить урожайность и элементы её структуры в зависимости от сроков посева;
оценить технологические свойства зерна сортов пшеницы различных сроков посева;
изучить динамику показателей качества зерна в процессе созревания и перестоя на корню;
исследовать характер и особенности изменения показателей качества зерна в послеуборочный период;
выявить экономически выгодные и биоэнергетически эффективные сроки посева раннеспелых сортов яровой пшеницы.
Научная новизна. Впервые в условиях Северного Зауралья проводилось целенаправленное изучение урожайности и качества зерна у раннеспелых сортов яровой пшеницы под влиянием комплекса факторов: сроков посева, процесса созревания, длительности хранения зерна в послеуборочный период. Показана динамика содержания в зерне пшеницы белка и крахмала в период созревания и перестоя на корню.
Практическая значимость работы. Показана возможность получения продовольственного зерна пшеницы при посеве раннеспелых сортов в условиях северной лесостепи и подтайги Тюменской области. Проведён анализ изменения количества и качества клейковины в послеуборочный период, позволяющий определить срок реализации с
лучшим сочетанием этих параметров, положительно влияющих на цену реализации зерна.
Положения, выносимые на защиту:
особенности формирования урожая и технологических свойств зерна раннеспелыми сортами яровой пшеницы при разных сроках посева;
динамика показателей качества зерна в период созревания и их изменение при перестое и в послеуборочный период у раннеспелых сортов пшеницы различных сроков посева.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены в марте 2004 г. на международной научно-практической конференции «Научные результаты - агропромышленному производству», посвященной 60-летию Курганской ГСХА имени Т.С. Мальцева; в январе 2005 г. на научно-методической конференции «Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения» в Институте агроэкологии - филиале Челябинского государственного агроинженерного университета; в июле 2005 г. на международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения селекционера А.В. Воробьёва (г. Красноуфимск Свердловской обл.). По результатам нашей работы сделаны сообщения на агрономических совещаниях Нижне-Тавдинского района (2005 г.) и учёбе специалистов сельского хозяйства (г. Тюмень, ТГСХА, 2005 г.). В 2003 г. за разработку приоритетного направления в научных исследованиях получен Диплом «Победитель регионального конкурса на соискание Грантов губернатора Тюменской области».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных статей.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 10 глав, выводов и предложений производству. Содержит 165 страниц машинописного текста, включает 27 таблиц, иллюстрирована 10
рисунками, дополнена 13 приложениями. В список использованной литературы внесено 202 источника, в том числе 9 иностранных авторов.
Из истории культуры яровой пшеницы в Северном Зауралье
Яровая пшеница - однолетнее растение. В умеренных широтах продолжительность её вегетации составляет от 70-80 до 95-110 суток, в южных - вегетация более длительная. От посева до созревания в растении происходит ряд биохимических и морфологических изменений. Их внешним выражением является последовательное появление сначала вегетативных, а затем генеративных (соцветия, цветки) и репродуктивных (развивающиеся семена) частей и органов растения, а также изменение их физиологического состояния. Эти признаки положены в основу разграничения вегетационного периода на фенологические фазы: набухание и наклёвывание семян, прорастание, всходы, третий лист, кущение, выход в трубку, стеблевание, колошение, цветение, созревание зерна - молочная, восковая полная спелость.
Наклёвывание семян - это фаза, когда семя завершило набухание, а его зародыш тронулся в рост и прорвал семенные оболочки.
Прорастание - фаза регистрируется, когда у семени уже имеются росток длиной 5-10 мм и зародышевые корешки. Семена пшеницы медленно набухают при температуре около 0С, при температуре 4-5С для полного набухания требуется 7-8 дней, тогда как при температуре 24-26С -1-2 суток.
Оптимальная влажность почвы для прорастания семян - 60-90%.
В первые дни после прорастания семян продолжается первый этап органогенеза, который начался ещё при формировании семени на материнском растении, т.е. происходит дальнейшая дифференциация конуса нарастания на различные по строению и функциональному назначению ткани, усиленно растут в длину зародышевые листья и зародышевые корни, дифференцируется зачаточный стебель, образуются зачатки новых листьев.
Образование валика (зачатка) первого не зародышевого, или стеблевого, листа соответствует началу второго этапа органогенеза, обычно совпадающего с фазой всходов и продолжающегося до фазы третьего листа. На протяжении второго этапа закладываются зачатки всех листьев, узлов и междоузлий стебля, а также почечки боковых побегов.
Всходы - отмечаются при появлении 1-го настоящего листа высотой 3-4 см на поверхности почвы.
Только часть посеянных в поле всхожих семян прорастает и даёт нормальные всходы. Полевая всхожесть семян - очень важный агрономический показатель, так как от её величины зависит густота стояния растений и в итоге - урожайность.
Всходы в поле появляются не все сразу, они в той или иной степени растянуты. На дружность всходов влияет не только качество семян, но и условия увлажнения верхнего слоя почвы, его температура, равномерность глубины заделки семян, качество подготовки почвы и другие факторы. В Тюменской области, как отмечал А.С.Иваненко (1979), ко времени посева в почве содержится достаточно большое количество продуктивной влаги. Раз в 10 лет в 1-ой и 2-ой сельскохозяйственных зонах запасы продуктивной влаги снижаются до 100 мм, в 3-ей и 4-ой зонах - даже до 50-80 мм, этого недостаточно для получения хороших всходов. Н.Н. Кулешов (1964) выделял полевую всхожесть и полноту всходов.
Полевая всхожесть показывает в процентах число всходов по отношению к числу высеянных всхожих семян. Полнота всходов тоже выражается в процентах, но она показывает число фактически полученных всходов по отношению к тому их числу, которое должно быть на единице площади занимаемой культуры в данной местности.
При изучении сортов с разной продолжительностью вегетационного периода Т.Д. Бабушкиной, Р.И. Белкиной, Г.М. Исуповой (1985) выявлена тенденция ускорения появления всходов при неблагоприятных условиях среды у сортов с более коротким периодом вегетации. У среднеранних сортов отмечалась обычно лучшая полнота всходов и выживаемость.
Число органов растений (метамеров), формирующихся в период прорастания проростков зависит как от сорта, так и от условий его возделывания. При выращивании разных сортов яровой пшеницы в одних и тех же условиях больше метамеров образуют позднеспелые сорта. Наименьшим количеством листьев отличаются сорта северных таёжных районов (Кумаков, 1988).
Условия, способствующие ускоренному развитию растений, такие, как высокая температура и дефицит влаги, сокращают число вегетативных метамеров. Напротив, прохладная влажная весна, обильное азотное питание благоприятствует закладке большего их количества.
Агроклиматические ресурсы северной лесостепи Тюменской области
Климат северной лесостепи Тюменской области типично континентальный. Он формируется главным образом под влиянием воздушных масс азиатского материка. Беспрепятственное проникновение арктических масс воздуха с севера и сухих из Казахстана и Средней Азии обусловливает резкие изменения климата (Агроклиматические ресурсы, 1972).
Основные черты температурного режима северной лесостепи: холодная продолжительная зима, тёплое непродолжительное лето, короткие переходные сезоны весна и осень, поздние весенние и ранне-осенние заморозки, короткий безморозный период.
Продолжительность дня в летние месяцы составляет 15-18 часов, что является благоприятным фактором для развития сельскохозяйственных культур.
Средняя температура воздуха июля, самого тёплого месяца в году - 18,1 С. Средняя температура воздуха января, самого холодного месяца в году - 17,8С, абсолютно максимальная температура воздуха 40С. Абсолютно минимальная - 50С. Годовая амплитуда температуры воздуха достигает 92С.
Годовое количество осадков в северной лесостепи составляет 374 -415 мм, из них в тёплый период (апрель-октябрь) выпадает 288-318 мм, в холодный период (ноябрь-март) - 80-105 мм.
Устойчивый снежный покров устанавливается в первой декаде ноября. Наибольшей высоты (30-38 см) он достигает во второй декаде марта. Продолжительность залегания снежного покрова 150-155 суток. Наибольшая глубина промерзания почвы более 150 см.
Преобладающее направление ветра в течение года - юго-западное, в летние месяцы - северо-западное. Среднегодовая скорость ветра 3,4 м/с.
Главное условие, необходимое для нормального роста и развития сельскохозяйственных культур: тепло- и влагообеспеченность.
Для большинства культур начало вегетации совпадает с переходом среднесуточной температуры воздуха через 5С на повышение. Активная вегетация протекает при температуре воздуха выше 10С. Продолжительность этого периода 114-123 суток.
На продолжительность вегетационного периода оказывают влияние заморозки, которые могут значительно сократить период активной вегетации. В среднем последний заморозок весной бывает 20-24 мая, первый осенью - 12-16 сентября. Продолжительность безморозного периода - 110-120 суток.
Теплообеспеченность вегетационного периода характеризуется суммой положительных температур выше 10С, которая в северной лесостепи составляет 1800-1900С.
Влагообеспеченность культурных растений характеризуется суммой осадков за вегетационный период, запасом продуктивной влаги в метровом слое почвы и гидротермическим коэффициентом Г.Т. Селянинова (ГТК).
Среднемноголетняя величина ГТК в северной лесостепи 1,2-1,3, что характеризует данную территорию как умеренно увлажнённую. При этом создаются оптимальные условия для нормального роста и развития основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в регионе.
Сумма осадков за период активной вегетации составляет в среднем 220-240 мм. В самый ответственный для формирования урожая период (со второй половины мая по вторую половину июня, от всходов до колошения) осадков выпадает 101-166 мм.
Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы весной к началу полевых работ в среднем составляют 128-179 мм, в пахотном -29-55 мм. В период массового сева яровых зерновых культур они снижаются до 110-131 мм в метровом слое и до 24-34 мм - в пахотном. Наиболее низкие запасы влаги в метровом слое почвы наблюдаются во второй половине июля - 70-95 мм.
Снеготаяние наступает в среднем 22-28 марта и заканчивается 10-12 апреля. Дата оттаивания почв до глубины 30 см - 21 апреля, полного оттаивания - 14 мая. Средняя дата наступления мягкопластичного состояния почвы (физической спелости) на глубине 10-12 см - 30 апреля.
Выбор срока посева сельскохозяйственных культур, обеспечивающий хороший рост и развитие посевов, зависит от температуры воздуха и почвы.
Формирование элементов урожайности раннеспелыми сортами яровой пшеницы в посевах разных сроков
Урожайность - один из основных показателей продуктивности растений. Исследования показывают, что вклад сорта в прирост урожая может составлять в среднем 50%, остальную часть обеспечивают средства химизации и механизации (Макаров, 2000).
По мнению Т.Д. Бабушкиной (1981), наибольшую урожайность дают обычно более позднеспелые сорта. Однако при коротком безморозном периоде вегетации в лесостепи Тюменской области велика опасность попадания растений среднепоздних и позднеспелых сортов под ранние осенние заморозки.
Как отмечал В.В. Новохатин (2000), сорта раннеспелого типа должны отличаться следующими признаками: период вегетации - 72-75 суток; период всходы-трубкование - 18-20 суток, что позволяет переносить отрицательное влияние раннелетней засухи; длина стебля -90-105 см, масса 1000 зёрен - 39-43 г; число зёрен в колосе - 28-34 шт.; продуктивная кустистость -1,4-1,7; потенциальная урожайность - 5,8-6,4 т/га.
На основе изучения 628 сортов яровой пшеницы разных экологических групп в условиях лесостепной зоны Тюменской области Т. Д. Бабушкина (1979) пришла к следующим выводам: урожайность зависит от массы зерна с одного колоса, его озернённости и продуктивного стеблестоя; густота растений, продуктивный стеблестой и количество сохранившихся к уборке растений с увеличением вегетационного периода снижаются; для зоны нужны сорта, способные, в первую очередь, противостоять резко континентальным условиям, т. е. формировать и сохранять до уборки достаточно высокий продуктивный стеблестой и формировать высокоозернённый колос.
Полевая всхожесть пшеницы, по наблюдениям Ю.П. Логинова (1979), остаётся весьма низкой (60-70% от количества посеянных семян). Кроме того, за вегетационный период отмечается ещё выпадение растений по различным причинам и к уборке на гектаре обычно остаётся 3,5-4,5 млн. растений. Автор отмечал, что между сортами имеются значительные генетические различия по полевой всхожести и сохранности растений к уборке.
По наблюдениям Е.П. Кондратенко с соавторами (2004), при поздних сроках посева снижение полевой всхожести связано с высокой температурой воздуха и пересыханием верхнего слоя почвы. При раннем сроке посева снижение полевой всхожести связано с недостаточным прогревом почвы, что приводит к уменьшению ферментативной активности семян, их загниванию, медленному прорастанию, а следовательно, и позднему появлению всходов.
По наблюдениям Э.Д. Неттевич и др. (1970), у районированных сортов яровой пшеницы в областях нечернозёмной зоны полевая всхожесть на сортоучастках колеблется от 57 до 74%.
К.В. Моисеева (2004) считает, что важно не только получить дружные, густые всходы, но и сохранить растения к моменту уборки. В течение лета проявляются отрицательные факторы: засуха, болезни, вредители, в результате которых часть растений гибнет.
Анализируя данные таблицы 4.1, можно отметить, что на сохранность растений оказывали влияние агрометеорологические условия года. Так, 2004 г. отличался неблагоприятными условиями по увлажнённости, что отрицательно сказалось на сохранности растений. В разные годы сроки посева по-разному влияли на этот показатель. В 2003 г. процент сохранившихся растений был выше среднего уровня во втором сроке посева - 91%, в 2004 г. - в третьем сроке посева (96%)
Динамика показателей качества зерна у раннеспелых сортов пшеницы в период созревания при различных сроках посева
Мука из партий пшеницы, содержащих проросшее зерно, может дать различный по своему качеству хлеб. При этом визуально, как наблюдали Н.С. Беркутова и И.А. Швецова (1984), определение количества проросших зёрен, как правило, не позволяет прогнозировать хлебопекарные свойства муки. Более точную характеристику хлебопекарных свойств пшеницы даёт число падения. Этот показатель хорошо коррелирует с количеством сырой клейковины в зерне яровой пшеницы (г = 0,80 и 0,66). Наблюдается также обратная связь между числом падения и показателем качества клейковины по ИДК-1 (г = -0,81 и-0,96).
В ряде стран (Швеция, Нидерланды, США, Венгрия, Германия и др.) установлены нормы числа падения для пшеничной муки, обеспечивающие получение хлеба нормального качества.
Всероссийский НИИ зерна провёл исследования по разработке нормативов, характеризующих качество полноценного и проросшего зерна пшеницы. Предложена следующая классификация пшеницы с наличием проросших зёрен.
Зерно 1-го класса - число падения 151-200 с, количество клейковины не менее 25 %, группа качества 1. Такое зерно пригодно для непосредственного использования на мукомольных заводах при сортовых помолах.
Зерно 2-го класса - число падения 81-150 с, можно использовать на продовольственные цели при подсортировке к пшенице 1-го класса.
Зерно 3-го класса - число падения менее 80 с, рекомендуется использовать для комбикормовой промышленности или на технические цели (Панкратьева, Береш, Аверкиева и др., 1979).
Анализируя полученные нами результаты по определению числа падения (приложение 3), отметим, что все показатели соответствуют нормативам ГОСТ 9353 - 90, установленным для высшего, 1-го, 2-го и 3-го классов.
На основе изучения влияния сроков посева на показатели качества зерна раннеспелых сортов пшеницы в условиях северной лесостепи Тюменской области можно отметить следующее: - масса 1000 зёрен наиболее высокой величины достигала при посеве сортов пшеницы в ранний срок; сорт Новосибирская 15 отличался пластичностью, формируя высокий показатель при всех сроках посева; - натура зерна заметно понижалась в третьем сроке посева, сорт Новосибирская 15 выделялся более высокой натурой во все сроки посева; - на величину стекловидное большое влияние оказывали погодные условия, так как 2004 г. резко выделился дефицитом влаги и повышенной температурой, стекловидность в среднем по этому году составила 65% (2003 г. - 30%, 2005 г. - 38%); - все изучаемые сорта по содержанию клейковины превосходили стандарт, массовая доля клейковины была в основном выше 25%, повышенные температуры в период налива и созревания зерна способствовали более высокому накоплению клейковины, срок посева в разные годы по-разному влиял на этот показатель; - изучение качества клейковины показало, что с повышением содержания клейковины усиливается её растяжимость; - содержание белка зависело от погодных условий года; в более жарком и засушливом 2004 г. содержание белка повышалось, а крахмала, наоборот - снижалось; - число падения было в допустимых пределах и соответствовало требованиям ГОСТа у всех сортов во все сроки посева во все годы исследований.
По данным А.Л. Курсанова (1973), продукты фотосинтеза листьев верхних ярусов под влиянием запросов, идущих от вершины побега, направляются в восходящем направлении в фазу цветения. В начале развития семян пшеницы они так слабо удерживают ассимилянты, что они при продолжающемся росте стеблей могут оттекать из элементов колоса к зонам растяжения и накапливаться в стебле в запас. Позднее запрос со стороны созревающих семян усиливается, и стебель вновь отдаёт аккумулированные вещества созревающим семенам.
Поэтому с фазы цветения до уборки необходимы ежедневные наблюдения за погодными условиями.
В наших исследованиях фаза цветения была отмечена в следующие сроки:
- в 2003 г. цветение на делянках первого и второго сроков посева проходило в середине первой декады июля, на делянках третьего срока посева - в конце второй декады июля;
- в 2004 г. цветение посевов первой декады мая проходило раньше - в третьей декаде июня, второго срока посева - в середине первой декады июля, третьего срока посева - в середине второй декады июля;
- в 2005 г. цветение пшеницы раннего срока посева отмечалось в начале первой декады июля, среднего срока посева - во второй декаде июля, позднего срока посева - в начале третьей декады июля.
