Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 7
1.1 Гидротермические условия формирования морозостойкости озимой пшеницы 7
1.2 Причины гибели озимой пшеницы при перезимовке 10
1.3 Влияние элементов агротехнологии на формирование морозостойкости озимой пшеницы 17
1.3.1 Система обработки почвы 17
1.3.2 Сроки посева и морозостойкость озимой пшеницы 24
2 Условия, объект и методика проведения исследований 30
2.1 Характеристика климата и почвенного покрова 30
2.2 Погодные условия в годы проведения исследований 32
2.3 Объект и методика проведения исследований 38
3 Экспериментальная часть 43
3.1 Условия вегетации и анализ причин гибели озимых в связи с глобальным потеплением климата 43
3.1.1 Типы погоды в регионе и их изменчивость 43
3.1.2 Температурный режим воздуха и почвы 47
3.1.3 Условия влагообеспеченности озимой пшеницы 59
3.1.4 Атмосферные явления 65
3.1.5 Циркуляция атмосферы 67
3.1.6 Анализ причин гибели озимых 73
3.2 Морозостойкость озимой пшеницы в зависимости от систем основной обработки почвы 75
3.3 Влияние сроков посева на формирование морозостойкости озимой пшеницы 90
3.4 Разработка способа защиты растений от вымерзания 98
4 Энергетическая эффективность приемов возделывания озимой пшеницы 101
Выводы 103
Предложения производству 104
Список литературы 106
Приложения 121
- Причины гибели озимой пшеницы при перезимовке
- Погодные условия в годы проведения исследований
- Типы погоды в регионе и их изменчивость
- Морозостойкость озимой пшеницы в зависимости от систем основной обработки почвы
Введение к работе
Крупнейшим в России производителем товарного зерна озимой пшеницы является Поволжский регион. В структуре посевных площадей зерновых культур около 25 % занимает озимая пшеница. Значительное расширение посевных площадей под озимые произошло с внедрением в производство новых интенсивных сортов пшеницы Базальт, Безенчукская 380, Самарянка и др. В последние десятилетия в Поволжье посевные площади озимой пшеницы составляют 1,2-1,9 млн. га, а урожайность по региону - от 1,0 до 2,8 т/га.
На сегодняшний день озимая пшеница в Поволжье занимает одно из ведущих мест среди зерновых культур.
Существенный вклад в производство зерна вносит Пензенская область, где под озимой пшеницей ежегодно занято до 300 тыс.га, а в 2004 году планируется расширить посевные площади этой культуры до 550 тыс.га. Несмотря на то, что климат региона вполне благоприятен для ее возделывания, в отдельные годы посевы озимых гибнут на больших площадях в результате вымерзания. В связи с этим урожайность озимой пшеницы в области остается низкой и не превышает 2 т/га. Основными причинами низкой морозостойкости и урожайности является несовершенство агротехнологии, т.е. неправильный выбор систем обработки почвы, сроков посева, предшественников и др., что существенно препятствует оптимизации осеннего роста, развития и процесса закаливания растений к низким температурам. Кроме того, существенной причиной низкой морозостойкости пшеницы является возделывание старых, неизученных и малоизученных сортов со слабой устойчивостью к неблагоприятным зимним условиям. Существенные коррективы в процесс формирования морозостойкости озимых вносит наметившееся в последние десятилетия глобальное потепление климата. Все это приводит к существенным потерям урожая зерна.
В результате проведенных ранее исследований к настоящему времени накопился богатый материал по вопросам возделывания озимой пшеницы в условиях Поволжья, в котором отражены агрометеорологические, агротехнические и другие аспекты (А.Ф. Иванов, A.M. Шульмейстер, A.M. Гаврилов,
4 В.В. Балашов; В.Ф. Огарев, В.Е. Шестаков; А.П. Стаценко; Е.В. Преснякова, А.И. Чирков и др.). В то же время остается слабоизученным влияние ведущих агроэкологических факторов (температуры, влажности почвы, агротехнических условий выращивания) на рост, развитие, формирование морозостойкости и урожайность новых сортов озимой пшеницы. Не сформулировано теоретическое обоснование влияния систем обработки почвы, сроков посева на устойчивость озимой пшеницы к неблагоприятным условиям зимовки. Не разработаны высокоэффективные способы защиты растений от вымерзания. В связи с этим проведение подобных исследований является актуальным и, несомненно, перспективным.
Все вышеизложенное предопределило выбор темы диссертации.
Диссертационная работа является составной частью научно-исследовательских работ, предусмотренных планом НИР кафедры растениеводства ФГОУ ВПО «Пензенской ГСХА» (раздел I «Агроэкологические условия получения высоких урожаев сельскохозяйственных растений в лесостепи Поволжья»).
Цель и задачи исследований. Изучить влияние агроэкологических условий региона на специфичность формирования морозостойкости и урожая озимой пшеницы нового интенсивного сорта Самарянка.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач: на основании анализа агроэкологических параметров, с учетом глобального потепления климата уточнить структуру причин гибели озимых; изучить особенности формирования морозостойкости озимой пшеницы при различных системах основной обработки почвы; выявить влияние сроков посева на накопление в вегетативных органах криозащитных соединений, морозостойкость и выживаемость растений в условиях низкотемпературного стресса; разработать высокоэффективный способ защиты озимой пшеницы от вымерзания; - дать энергетическую оценку эффективности изучаемых приемов. Научная новизна. На основе комплексного анализа статистического ма териала и результатов экспериментальных исследований вскрыто влияние
5 глобального потепления климата на структуру причин гибели озимой пшеницы.
Впервые с использованием биохимического тестирования (степени накопления криозащитной аминокислоты пролина в вегетативных органах растений) оценено влияние различных систем обработки почвы на формирование свойства морозостойкости, зимнюю выживаемость и урожайность озимой пшеницы.
Теоретически обоснован оптимальный для региона срок посева озимой пшеницы, способствующий формированию высокой морозостойкости, выживаемости при перезимовке и урожайности озимой пшеницы.
Разработан и запатентован (Патент РФ № 2200381) новый высокоэффективный способ защиты озимой пшеницы от вымерзания, основанный на комплексной обработке семян и проростков водными растворами аминокислоты пролина и сахарозы.
Впервые изучена корреляционная связь агроэкологических параметров климата, биохимических процессов в вегетативных органах, зимней выживаемости и урожайности нового интенсивного сорта озимой пшеницы Самарянка.
Практическая значимость. На основе изучения влияния элементов аг-ротехнологии на морозостойкость и урожайность предложена оптимальная система основной обработки почвы под озимую пшеницу, включающая лущение (6-8 см) - вспашку (25-27 см) - послойные культивации. Рекомендуется для использования в производственной практике оптимальный срок посева озимой пшеницы (III декада августа), позволяющий обеспечить хорошую зимнюю выживаемость растений и получение высоких урожаев озимой пшеницы.
Разработанный и запатентованный способ защиты растений от вымерзания может эффективно использоваться в производственных условиях для повышения морозостойкости озимой пшеницы.
В процессе выполнения экспериментальных исследований усовершенствован метод определения лабораторной всхожести озимой пшеницы, где в качестве субстрата для проращивания семян предлагается использовать вме- сто увлажненной фильтровальной бумаги желатиновый гель, что позволяет существенно повысить объективность оценки и снизить его энергоемкость, а также правильно рассчитать норму высева.
Основные положения, выносимые на защиту: глобальное потепление климата и перезимовка озимых; система основной обработки почвы и морозостойкость озимой пшеницы; сроки посева и формирование морозостойкости озимой пшеницы; способ защиты растений от вымерзания; энергетическая эффективность результатов исследований.
Апробация работы. Результаты научных исследований по проблеме, решаемой в диссертационной работе, систематически докладывались на научных конференциях и съездах, проходивших в Пензе, Волгограде, Ульяновске: 40-ая и 41-ая научные конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ПГСХА: Пенза, 2001, 2002; Международная научная конференция, посвященная 60-летию Победы под Сталинградом: Волгоград, 2003; Межвузовская научная конференция, посвященная 60-летию Ульяновской ГСХА: Ульяновск, 2003.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, из них одна авторская статья. Получен Патент Российской Федерации № 2200381 на изобретение (Приложение 1) и медаль «Лауреат Всероссийского выставочного центра».
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, предложений производству, включает 37 таблиц, 8 рисунков, 2 приложения.
Список используемых литературных источников включает 174 наименования, в том числе 10 авторов из дальнего зарубежья.
Причины гибели озимой пшеницы при перезимовке
Формирование морозостойкости озимых культур тесно связано с процессами роста и развития, успешное протекание которых возможно только при наличии оптимальных гидротермических условий (Е.Т. Вареница и др., 1968; А.И. Задонцев и др., 1970; А.С. Кружилин, 1976; А.И. Туровский и др., 1977; Н.А. Литвиненко и др., 1990; А.П. Стаценко, 1995; В.А. Федотов, В.В. Коломейченко, Г.В. Коренев и др., 1998; Е.В. Преснякова, 2003).
Озимая пшеница, как и другие злаковые, в процессе онтогенеза проходит следующие фазы развития: всходы, кущение, выход в трубку, колошение и созревание. Причем, первые две фазы протекают осенью, а остальные — весной следующего года.
Условия вегетации озимой пшеницы в каждую из фаз, особенно в осенний период, когда идет закалка растений, определяют ее перезимовку (Ф.М. Пруцков, 1970).
Обеспечение всходов, первоначальный рост и развитие озимых растений обуславливаются гидротермическим режимом почвы, который создается на полях в осенний период.
Рост растений начинается с прорастания семян, для которых требуются определенные температурные условия. Минимальной температурой, при которой наблюдается прорастание семян, является 1-2 С (П.П. Вавилов, 1986). Ф.М. Куперман (1950, 1969) отмечает начало процесса прорастания в температурных пределах 0...-2 С.
Процесс прорастания семян определяется также соотношением температуры и влажности почвы (П.Ф. Федоров, 1954). Следовательно, прорастание семян и появление всходов в значительной степени зависит от комплекса гидротермических условий, создающихся осенью. Своевременные и дружные всходы, что определяет благоприятные условия для перезимовки растений, можно получить только при оптимальном сочетании температуры и влаги. Как известно, отклонение одного из них в ту или иную сторону осенью часто наблюдается в аридной зоне, что препятствует своевременному появлению всходов. Это в дальнейшем отрицательно влияет на рост, развитие и перезимовку растений.
При благоприятных условиях осеннего периода растения озимой пшеницы успешно развиваются, укореняются, формируют узел кущения, образуют новые побеги, накапливают достаточное количество криозащитных соединений (сахаров, свободных аминокислот, легкорастворимых белков и др.), тем самым обеспечивают хорошую подготовку к зиме.
Ф.М. Пруцков (1970), Д.Ф. Проценко и др. (1969, 1971); К. Керефов (1975); М.В. Кирьян (1984), Е.В. Преснякова (2003) и др. отмечают, что растения озимой пшеницы, раскустившиеся с осени, отличаются более высокой зимостойкостью и продуктивностью. Подобные выводы делают Е.М. Зенкова (1976) и В.В. Жигайлов и др. (1981). По данным названных авторов, основная часть урожая создается побегами, образовавшимися осенью, тогда как побеги весеннего кущения не всегда образуют продуктивные стебли. Сформировавшийся с осени узел кущения, являясь органом регенерации, обеспечивает выживаемость растений при перезимовке.
Экспериментально установлено, что фаза кущения у озимых растений протекает только при определенных гидротермических условиях. По данным А.И. Носатовского (1965), кущение растений озимой пшеницы возможно при достаточно низкой температуре -2 С. Ф.М. Куперман (1950) утверждает, что кущение озимой пшеницы прекращается при температуре 1...3 С.
Согласно сведений, приведенных Н.А. Майсуряном и др. (1971), биологический минимум для данной фазы развития озимой пшеницы лежит в пределах от 3 до 4 С. Оптимальная температура, при которой процесс кущения реализуется наиболее активно, составляет 12-18 С (А. А. Шиголев, 1957; Е.С. Уланова, 1957; В. Огарев и др., 1972).
Как полагает Б.С. Мошков и др. (1979), обильное кущение озимой пшеницы может более успешно протекать при повышенной температуре порядка 30 С. Интенсивность прироста сырой массы растений при этом превышает таковую в условиях пониженной температуры. Авторы пришли к выводу, что кущение и накопление вегетативной массы у озимой пшеницы при высокой температуре протекает более интенсивно. Этому факту придается большое значение, т.к. постепенное снижение осенних температур является препятствием активного развития растений, вследствие чего они уходят в зиму нормально развитыми и успешно зимуют.
Решающее влияние на скорость кущения озимых оказывает запас продуктивной почвенной влаги. Особенно контрастно эта зависимость проявляется в аридной зоне. Общеизвестно, что следствием недостаточного запаса влаги в почве является угнетение роста растений, медленное формирование боковых побегов, недоразвитие вторичной корневой системы.
При достаточном увлажнении оптимальные условия для прорастания создаются при температуре 15-20 СС (А.И. Носатовский, 1965). Повышенная до определенных пределов температура увеличивает скорость прорастания.
По данным П.Ф. Федорова (1954) и Г.А. Лавронова (1979), максимальная температура, выше которой семена не прорастают, равна 30 С. Авторы приходят к выводу, что их прорастание в условиях повышенной температуры становится причиной преждевременного выхода первого листа из колеоптиля, до появления всходов на поверхность. Это значительно снижает устойчивость растений к неблагоприятным условиям и лишает их возможности бороться с почвенной коркой.
Одним из определяющих факторов обеспечения всходов озимых является почвенная влага. По данным В.М. Личикаки (1958), пределом, при котором зафиксировано появление всходов, является запас продуктивной влаги в 10-сантиметровом слое, равный 3 мм. С.А. Вериго (1957) утверждает, что всходы озимой пшеницы не были получены даже при содержании в пахотном слое 5 мм и более. Об этом же свидетельствуют сообщения И.В. Якуш-кина (1947) и М.С. Кулика (1964). По мнению авторов, при меньшем запасе продуктивной влаги всходы могут быть получены только за счет атмосферных осадков.
Исследования A.M. Митрополенко (1989) показали, что лучшую всхожесть имеют семена озимой пшеницы с влагозапасом в почве в пределах 16-19 %. В то же время влажность почвы 9-11 % не способствует прорастанию семян. По мнению Ф.М. Пруцкова (1970), нормальное кущение озимой пшеницы обеспечивается при запасе продуктивной влаги в почве в слое 0-20 см, равном 30 мм. С.А. Вериго (1957) наблюдал прекращение кущения растений при влагозапасах в пахотном горизонте почвы менее 10 мм.
Погодные условия в годы проведения исследований
Октябрь характеризовался прохладной, достаточно сухой погодой. Среднемесячная температура воздуха была на 1,5 С ниже среднемноголет-ней нормы. Осадков выпало более чем в 2 раза меньше нормы - 24,2 мм. Условия для прохождения I фазы закаливания были неблагоприятными. Растения прошли этот этап закаливания в максимально сжатые сроки, так как уже в начале октября наблюдались заморозки, которые фиксировались в течение всех трех декад. Минимальная температура (-3,6 С) отмечалась во второй декаде. Условия прохождения II фазы закаливания (вторая и третья декады месяца) были относительно благоприятными. В третьей декаде месяца озимые прекратили вегетацию. Растения ушли в зиму в начале фазы кущения.
В целом, за время осенней вегетации растений выпало 57 мм осадков, поэтому этот период можно характеризовать как засушливый (табл. 2.2.1). Ноябрь 2000 года отличался сухой погодой. Осадков за зиму выпало в четыре раза меньше нормы (13,9 мм). Температура воздуха в течение месяца колебалась: в первой декаде от 12,5 до -9,6 С, в третьей от 1,7 до -17,3 С. Средняя температура практически равнялась среднемноголетней. Первая декада декабря характеризовалась низкими отрицательными температурами. Минимальная температура составляла -20,6 С. Выпало 13,6 мм осадков, почти все они пришлись на конец декады. Погодные условия, сложившиеся в конце ноября — начале декабря (низкие отрицательные температуры на фоне бесснежья) были неблагоприятными для перезимовки озимых. В целом за декабрь выпало 75 мм осадков (при норме 51 мм), и к концу месяца высота снежного покрова составляла в среднем 35 см при плотности 0,20. Среднемесячная температура воздуха была в пределах нормы — 8,5 С. Январь отличался неустойчивой погодой. В начале месяца были оттепели. Температура повышалась до 3,5 С. Часто мокрый снег сопровождался дождем. Осадков за первые десять дней месяца выпало 37,2 мм, что более чем в два раза превышает норму. Во вторую и третью декады месяца температура понизилась до -21 С. В январе создались условия для образования ледяной корки на полях озимых культур, что отразилось на их перезимовке. В феврале выпало большое количество осадков - 61,5 мм (при норме 37 мм). Высота снега в среднем составляла 60 см. Среднемесячная температура была -12,7 С ( в пределах нормы). В течение месяца складывались благоприятные условия для перезимовки растений. Март характеризовался теплой погодой. Во второй декаде средняя температура была -1,7 С при норме -6,2 С. Высота снежного покрова к концу месяца снизилась до 30 - 35 см, наблюдалось неравномерное его залегание. В целом, осенне-зимне-весенний период 2000 - 2001 гг. был неблагоприятным для перезимовки озимых культур. К неблагоприятным условиям перезимовки растений следует отнести два фактора; - низкие температуры воздуха на фоне бесснежья в конце ноября - на чале декабря; - оттепели в январе, с последующим понижением температуры. Основные причины гибели озимых - вымерзание и ледяная корка, ко личество погибших при перезимовке растений составило 15 — 20 %. Температурные условия августа 2001 года, в целом, приближались к среднемноголетним показателям. Максимальная температура в течение месяца была зарегистрирована во второй декаде и составила 31,5 С, а минимальная температура 5,5 С наблюдалась в конце месяца. Количество выпавших осадков распределилось неравномерно в течение месяца: во второй декаде их практически не было (1,6 мм), за третью декаду их выпало больше месячной нормы — 60,5 мм. Суммарное количество осадков за месяц составило 83,9 мм (при норме 58 мм) (табл. 2.2.1; 2.2.2). Сентябрь характеризовался теплой и даже жаркой (первая - вторая декады) погодой, почти без осадков. Условия для прохождения фазы всходов у растений, в общем, можно характеризовать как неблагоприятные. Максимальная температура 27 С была зафиксирована во второй декаде. В конце третьей декады наступило похолодание. Первый заморозок (-1 С) был отмечен 30 сентября. Количество осадков, выпавших за первые десять дней месяца, составило всего 3,2 мм (при норме 18 мм). В течение второй декады осадков вообще не было и лишь небольшое количество их пришлось на конец месяца (15,1 мм). В целом, за месяц осадков выпало 18,3 мм, что почти в 3 раза меньше нормы. Сложившиеся в течение месяца условия увлажнения задержали появление всходов озимой пшеницы на 15 суток. Температурные условия октября наиболее контрастны в сравнении с другими осенними месяцами года. Сравнительно высокие дневные температуры воздуха (до 14 С в первой декаде) сменились отрицательными (до -9 С) в конце месяца. В целом среднемесячная температура составила 2,5 С, что на 2 С ниже среди емноголетнего показателя. Условия увлажнения для продолжения вегетации озимых культур в течение месяца были благоприятными. Осадков выпало больше нормы. Всего за месяц этот показатель составил 99,5 мм, что на 47,5 мм превышает среднемноголетнее значение. Озимые растения прекратили вегетацию в середине второй декады. Условия закалки озимых культур в осенний период сложились недостаточно хорошие (на фоне благоприятного, постепенного понижения среднесуточных температур в октябре было большое количество пасмурных дней, сопровождающееся постоянным выпадением осадков). Растения озимой пшеницы ушли в зиму в фазе всходов.
В целом за время осенней вегетации растений выпало 66 мм осадков, поэтому этот период можно характеризовать как умеренно засушливый с ярко выраженными сентябрьским минимумом и октябрьским максимумом осадков.
Ноябрь 2001 года характеризовался сравнительно теплой погодой. Средняя температура на 2,5 С превысила среднемноголетнюю норму. Начиная с середины месяца, сформировался устойчивый снежный покров. Высота его в конце месяца не превышала 5-7 см. Наибольшее количество осадков пришлось на последнюю декаду месяца. В целом, за месяц выпало полторы нормы осадков (72,6 мм при среднемноголетнем значении 50 мм).
Типы погоды в регионе и их изменчивость
Морозостойкость озимых во многом определяется агроэкологическими условиями осенне-зимней вегетации. В связи с этим в процессе изучения морозостойкости озимой пшеницы возникает необходимость детального анализа климатических и погодных условий региона, изменяющихся в последнее время в связи с глобальным потеплением климата на планете.
При описании особенностей климата лесостепной зоны Поволжья использовались материалы, представленные в метеорологических ежегодниках, ежемесячниках и справочных изданиях по Пензенской области и Среднему Поволжью, перечень которых приводится в списках использованной литературы. Пензенская область относится к поясу континентального климата умеренных широт с продолжительным зимним периодом и короткими переходными сезонами, что определяет специфичность в формировании морозостойкости озимых в регионе. Для умеренно континентального климата характерно вторжение как арктического, так и континентально-тропического воздуха. Многолетний анализ синоптических процессов показал, что большую часть года на территории области преобладает антициклональная циркуляция (56 % или 204 дня), что является причиной создания неблагоприятных условий для перезимовки озимой пшеницы (табл. 3.1.1.1). Но в последние 40 лет, в связи с наступлением глобального потепления, эти показатели изменились в сторону уменьшения (52 % или 196 дней), что свидетельствует об улучшении условий для возделывания озимых культур. В зависимости от преобладания тех или иных атмосферных процессов осень бывает холодной или теплой. Очень холодная и влажная погода при отклонении температур на 5 С и относительной влажности 70 - 90 % наблюдается в 15 % случаев. Такая погода устанавливается под влиянием западных и северо-западных циклонов, а также при вторжении антициклонов с Полярного бассейна.
Теплая умеренно влажная погода с аномалией температуры 0-5 С наблюдается в 30 % случаев. При этом юго-восточными потоками осуществляется вынос трансформированного континентального арктического воздуха (6 %) с Казахстана по южной периферии сибирского антициклона; в теплых секторах циклонов, смещающихся с Атлантики, поступает влажный морской воздух умеренных широт (20 %). Такая же погода формируется в малоградиентных и стационарных циклонических полях в массах континентального воздуха умеренных широт.
Редко (3 %) отмечается влияние континентально-тропического воздуха, приходящего со Средней Азии, при котором наблюдается очень теплая и сухая погода (повторяемость ее 15 %).
В связи с потеплением климата в последние 40 лет соотношения этих типов осенней погоды изменились. Так, очень холодная и влажная осень отмечается в 12 % случаев, теплая умеренно-влажная - в 33 % и очень теплая, сухая погода — в 4 % случаев, что свидетельствует об улучшении агроэколо-гических условий для выращивания озимой пшеницы.
Зимой увеличивается повторяемость антициклонических образований (58 %); в декабре-январе повторяемость антициклонов 56 %, в феврале-марте 62-64 %, лишь в ноябре антициклоны и циклоны равновероятны. Значительно (на 9 %) возрастает влияние сибирских и казахстанских антициклонов.
Среднемноголетняя повторяемость циклонических образований зимой, по сравнению с другими сезонами, самая низкая (42 %). Однако в последние 40 лет этот показатель снизился до 40 %, что свидетельствует о более редкой повторяемости суровых зим в регионе и снижении вероятности вымерзания озимой пшеницы. Из всех циклонических образований наибольшее влияние на погоду области, как и осенью, оказывают западные и северо-западные циклоны (см. табл. 3.1.1.1).
В зимний период увеличивается влияние морских воздушных масс (морской воздух умеренных широт 23 %, арктического происхождения 8 %). Континентальный воздух умеренных широт преобладает (55 %), но повторяемость его наименьшая, по сравнению с другими сезонами (континентальный арктический воздух 9 %).
Очень холодная и сухая погода, характеризующаяся большой отрицательной аномалией температуры воздуха (до 10 С и ниже) наблюдается в Пензенской области всего в 6 % случаев. Чаще всего такой тип наблюдается в январе и феврале, который формируется под влиянием континентального арктического воздуха, приносимого восточными ветрами по южной периферии сибирского антициклона. Этот показатель в последние 40 лет снизился в среднем до 4 %, что сократило влияние температурного фактора на перезимовку озимых. Кроме того, такая погода может формироваться в морском арктическом воздухе (14 %) и в морском воздухе умеренных широт (11 %), который поступает с северными и северо-западными потоками по восточной периферии антициклонов, образовавшихся над европейской частью России. Выхоложенный континентальный воздух умеренных широт в стационарных антициклонах формирует данный тип погоды в 13 % случаев. Воздушные массы умеренных широт с такими характеристиками поступают также с северными и северо-западными потоками в тылу «ныряющих» циклонов (38 %).
Довольно редко (4 %) наблюдается зимой очень теплая и влажная погода, когда отклонение температуры от нормы больше 10 С. В последние десятилетия (1973-2002 гг.) такой тип погоды участился, и повторяемость его возросла до 6 %.
Аномально теплые периоды зимой связаны с выходом южных или черноморских циклонов, приносящих морской воздух умеренных широт с Атлантики, а также с западной периферией казахстанских антициклонов. Из анализа атмосферных процессов видно, что в последние десятилетия отмечается существенное потепление климата в регионе, в результате чего повторяемость лет с теплыми и влажными зимами увеличилась, а условия для возделывания озимой пшеницы улучшились. В частности, уменьшилась частота случаев вымерзания посевов озимых культур.
Морозостойкость озимой пшеницы в зависимости от систем основной обработки почвы
В засушливой зоне появление всходов, осенний рост и развитие растений озимой пшеницы в значительной мере обусловливается системой основной обработки почвы, которая определяет уровень ее увлажнения, структурное состояние и обеспеченность элементами минерального питания, степень аэрации и др., как перед посевом, так и на всем протяжении вегетации.
Оптимальный выбор систем основной обработки почвы под озимую пшеницу с учетом почвенно-климатических условий, обеспечивая формирование мощных и хорошо раскустившихся растений с корневой системой, проникающей в глубокие горизонты почвы, оказывает решающее влияние в формировании устойчивости посевов к неблагоприятным условиям среды. Это играет важную роль в обеспечении высокой урожайности данной культуры с хорошим качеством зерна.
Экспериментальные данные и практический опыт показывает, что в аридной зоне Поволжья выбор способа обработки почвы определяется уровнем ее влагообеспеченности. В засушливые годы, а также в регионах, где в летний период отмечается острый дефицит влаги в пахотном горизонте почвы, наибольший эффект получен в результате применения поверхностной обработки поля дисковыми лущильниками, плоскорезами, лемешными лущильниками, дисковыми боронами и др. При достаточной влагообеспеченности почвы обычная вспашка позволяет накапливать в пахотном слое влаги не меньше, чем поверхностная обработка (В.И. Пономарев, 1975).
На Пензенской сельскохозяйственной опытной станции проводилась сравнительная оценка следующих приемов основной обработки почвы: лущение дисковыми лущильниками на глубину 10-12 см, лемешными лущильниками - на 10-12 см, вспашка плугом с предплужником на 20-22 см. Лучшие результаты были получены при обоих способах поверхностной обработки почвы. При вспашке горохового пара на 20-22 см собрали 17,9 ц/га зерна озимой пшеницы, при лемешном лущении - 17,3, культивации плоскорезом — 19,3, при обработке дисковым лущильником - 19,8 ц/га.
При отвальной вспашке на глубину 25-27 см гибель озимой пшеницы при перезимовке по кукурузному занятому пару в среднем составила 36,1 %, при безотвальной обработке на такую же глубину - 24,4, лемешном лущении - 20,2, поверхностной обработке - 17,0 и при плоскорезной обработке на глубину 15-20 см — 19,1 %. Такая же закономерность отмечалась и по другим типам предшественников. Причем, наибольшая гибель озимой пшеницы была при лемешном лущении и плоскорезной обработке почвы.
По данным В.Ф. Огарева (1972), проводившего исследования в лесостепной зоне Поволжья, при вспашке почва промерзает на меньшую глубину, а весной оттаивает и растения начинают вегетацию на четыре-пять дней раньше, чем при поверхностной обработке. Позднее оттаивание почвы после поверхностной обработки задерживает начало вегетации растений. Автор констатирует, что на тяжелых и плотных почвах после раноубираемых предшественников вспашка повышает урожайность озимой пшеницы на 3-4 ц/га.
В наших исследованиях в течение трех лет (2001-2003 гг.) изучалось влияние различных систем основной обработки (1. Лущение 6-8 см + вспашка 25-27 см; 2. Лущение 6-8 см + рыхление СибИМЭ 25-27 см; 3. Лущение 6-8 см + лущение 6-8 см) на рост, развитие и формирование морозостойкости озимой пшеницы. В качестве оценочного показателя устойчивости растений к неблагоприятным температурным условиям зимнего периода использовалась степень накопления в вегетативных органах (листьях) в критические периоды зимовки аминокислоты пролина, которая сочетает криозащитные свойства со способностью накапливаться в озимых растениях при низких температурах.
Вышеизложенное дает основание заключить, что различные системы основной обработки почвы, выбранные нами в качестве объекта исследования, создают в осенний период различные условия для роста и развития озимой пшеницы Самарянка, что оказывает существенное влияние на формирование устойчивости к неблагоприятным условиям зимовки, в частности, к зимним отрицательным температурам.
В качестве диагностических показателей морозостойкости озимых используется изменчивость различных физиологически активных соединений, в частности, углеводов, легкорастворимых белков, свободных аминокислот, накапливающихся в вегетативных органах растений в критические периоды зимовки.
Известно, что аминокислота пролин, накапливаясь в свободной форме в корнях, листьях и узлах кущения озимых злаков, импульсивно реагирует на изменчивость температуры воздуха и почвы. Вместе с тем она обладает ярко выраженными криозащитными свойствами, которые формируются за счет перехода внутриклеточной воды в коллоидную форму. (Е.А. Бритиков, 1975).
Кроме того, известно, что различные вегетативные органы (корень, лист, узел кущения) по-разному накапливают аминокислоту в условиях криостресса. В связи с этим нами поставлена цель: выявить оптимальный объект (вегетативный орган) для дальнейшей оценки в полевых условиях влияния различных элементов агротехнологии на формирование морозостойкости озимой пшеницы.
В специальном лабораторно-вегетационном опыте, проводимом в контролируемых температурных условиях с разновозрастными растениями озимой пшеницы, выявлено, что содержание свободного пролина в листьях и корнях увеличивается уже через два часа после воздействия на них закалочной температуры О С. Причем, наиболее активная ответная реакция на низкотемпературный стресс проявилась в листьях, где содержание аминокислоты повысилось на 5-19 мг (табл. 3.2.1).
