Содержание к диссертации
Введение
1. Основы увеличения продуктивности семенных участков гибридной кукурузы 7
1.1 Гибридная кукуруза и ее генетический потенциал 7
1.2 Пути и способы повышения продуктивности семенной кукурузы 12
1.3 Вопросы технологии получения гибридных семян кукурузы 20
1.3.1 Сроки посева на участках гибридизации, их влияние на продуктивность и качество семян 20
1.3.2 Густота стояния растений на участках гибридизации, ее влияние на продуктивность и качество семян 23
2. Объект, условия и методика исследований 27
2.1 Климатические ресурсы места проведения исследований 27
2.2 Погодные условия проведения исследований 29
2.3 Схема опытов и методика исследований 34
3 Оценка родительских форм гибридной кукурузы при различных сроках посева 3 9
3.1 Особенности роста, развития и фотосинтетической деятельности 39
3.2 Формирование структуры урожая 49
3.3 Урожайность семян родительских форм гибридной кукурузы 62
3.4 Урожайные свойства гибридных семян в зависимости от сроков посева материнских растений 68
4 Продуктивность родительских форм гибридной кукурузы в зависимости от густоты стояния растений 84
4.1 Рост, развитие и фотосинтетическая деятельность растений в зависимости от густоты посевов 84
4.2. Формирование структуры урожайности при различной густоте стояния растений 91
4.3 Влияние густоты стояния растений на урожайность семян родительских форм 103
5. Энергетическая оценка возделывания гибридной кукурузы на семена 111
Выводы 121
Предложения производству 124
Литература 125
- Гибридная кукуруза и ее генетический потенциал
- Вопросы технологии получения гибридных семян кукурузы
- Климатические ресурсы места проведения исследований
- Рост, развитие и фотосинтетическая деятельность растений в зависимости от густоты посевов
Введение к работе
Актуальность. Увеличение производства зерна кукурузы является одним из важнейших условий стабилизации производственной базы России. Как показывает опыт зарубежных стран добиться роста производства зерна можно за счет кукурузы. Являясь одной из технологичных культур, требовательной к условиям произрастания, нельзя игнорировать тот факт, что кукуруза - самая урожайная фуражная культура. Ее урожайность в среднем по России и основным кукурузосеющим районам выше, чем у яровой пшеницы, ярового ячменя или овса в 1,5-2 раза. Немаловажным фактом является и то, что себестоимость кукурузного зерна не выше себестоимости пшеницы. Если кукурузе уделять столько же внимания, сколько пшенице, производство ее зерна резко возрастет. (Сотченко B.C., Мусори-на Л.И., 2000).
Изменения стратегии развития сельскохозяйственного производства и модели социально-экономических отношений на селе при переходе экономики государства к рыночным отношениям отразились как в целом на сельском хозяйстве, так и в частности на кукурузосеянии. Введение новой системы закупок не дало положительных результатов, так как несвоевременные расчеты с производителями не стимулировали производство и не способствовали сбалансированности спроса и предложения на рынке семян.
В результате площадь посева кукурузы на зерно и кормовые цели снизилась почти вдвое, уменьшилось и потребление семян. Это отразилось на развитии семеноводства этой культуры и сейчас эта отрасль ищет пути выхода из кризиса.
Вместе с тем ежегодно в производство поступает большой ассортимент раннеспелых гибридов кукурузы с коротким периодом вегетации и высокой зерновой продуктивностью, пригодных к возделыванию в зонах с ограниченными тепловыми ресурсами.
5 Учитывая это обстоятельство, реально ставить вопрос о возможности
получения гибридных семян кукурузы в нетрадиционных зонах. Пензенская область относится к таким зонам, поэтому изучение родительских форм гибридной кукурузы и разработка приемов их возделывания на участках гибридизации в местных природно-климатических условиях представляет определенный научный и практический интерес.
Цель исследований — изучить особенности формирования семенной продуктивности раннеспелых родительских форм гибридной кукурузы и разработать наиболее эффективные приемы получения гибридных семян с высокими урожайными свойствами.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
установить время наступления и темпы прохождения отдельных фаз роста и развития растений у родительских форм при различных сроках посева и густоте стояния;
изучить фотосинтетическую деятельность материнских форм гибридной кукурузы;
показать особенности формирования элементов семенной продуктивности у материнских растений в зависимости от условий выращивания;
применительно к биологическим особенностям родительских форм гибридной кукурузы выявить оптимальные значения сроков посева и густоты стояния растений, при которых формируется высокий урожай семян с лучшими урожайными свойствами;
дать энергетическую оценку эффективности производства гибридных семян кукурузы.
Научная новизна: Впервые установлена возможность получения гибридных семян кукурузы в местных почвенно-климатических условиях. Определены критерии длины периода вегетации и его структуры при возделывании родительских форм гибридной кукурузы с целью получения семян. Изучена фотосинтетическая деятельность материнских растений на
участках гибридизации. Показаны корреляционные связи между элементами семенной продуктивности растений. Выявлены оптимальные значения сроков посева и густоты стояния растений, при которых формируется высокая урожайность семян.
Положения, выносимые на защиту;
закономерности роста и развития растений их фотосинтетическая деятельность и основы формирования семенной продуктивности у материнских форм гибридной кукурузы при различных сроках посева;
особенности формирования урожайных свойств гибридных семян в зависимости от сроков посева материнских растений;
закономерности роста, развития и формирования семенной продуктивности у материнских форм гибридной кукурузы при различной густоте стояния растений на участках гибридизации.
Практическая значимость результатов исследований. Результаты исследований позволили дать научное обоснование производства гибридных семян кукурузы в местных природно-климатических условиях. Рекомендованы родительские формы гибридной кукурузы, способные при оптимальных сроках посева и густоте стояния растений формировать урожайность семян 5-8 т/га. Родительские формы и приемы их выращивания на участках гибридизации прошли производственную проверку в учебно-опытном хозяйстве Пензенской ГСХА.
7 1. ОСНОВЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ СЕМЕННЫХ
Гибридная кукуруза и ее генетический потенциал
В 30-е годы XX столетия в сельскохозяйственное производство началось внедрение гибридной кукурузы. Гибридная кукуруза - это практическая реализация явления гетерозиса, возникающего в результате скрещивания самоопыленных линий, потомство которых превосходит по росту и урожайности родительские линии. Именно высокая продуктивность и кормовые достоинства гибридов позволили этой культуре стать одной из наиболее распространенных в мировом земледелии. Так, на долю производства кукурузного зерна приходится 28,2 % (576,8 млн т) от общего объема производимого зерна в мире. По этому показателю она уступает только пшенице - 28,5 % (584,9 млн т) от валового сбора (Нечаев В.И., 1999; Мартьянова А.И., 2000).
Явление повышенной мощности гибридов по сравнению с мощностью родительских форм, названное Д. Шеллом в 1914 году «гетерозис», впервые в мировой науке было описано 243 года назад российским ученым Иосифом Кельрейтером. В 1760 году ему удалось получить межвидовой гибрид в результате скрещивания двух разных видов табака: махорки (Nicotiana rustica) и табака метельчатого (Nicotiana paniculata L.). Межвидовой гибрид табака оказался гораздо более мощным, чем родительские формы. Кельрейтеру пришла мысль использовать эту мощность практически. Он разработал и предложил конкретную схему получения высокоурожайных гибридов табака путем ежегодного скрещивания указанных видов с целью однократного использования гибридных семян. Далее он указал на целесообразность получения и использования гибридов и у других культур (ГужовЮ.Л., 1969).
После И. Кельрейтера с явлением повышенной мощности гибридов сталкивались многие биологи и селекционеры, занимавшиеся гибридизацией растений. Однако, вопросы теории гетерозиса впервые наиболее обстоятельно были изложены Чарлзом Дарвином в его фундаментальном труде «Действие перекрестного опыления и самоопыления в растительном мире», опубликованным в 1876 году. Причину гетерозиса он объяснял неоднородностью половых элементов, сливающихся при оплодотворении (Дарвин Ч., 1950).
После теории гетерозиса Ч. Дарвина последовало много других теорий. Так, Д. Шелл объяснял явление гетерозиса как результат взаимодействия измененного ядра с относительно измененной цитоплазмой (Шелл Дж.Г., 1955).
Другие исследователи объясняли гетерозис действием доминантных генов, придавая большое значение взаимодействию аллелей (Jones D.F., 1917; Hull F.H., 1945; Gustafsson А., 1947).
Некоторые ученые считают, что объяснение природы гетерозиса нужно искать в сочетании гипотез Шелла и Джонса. Такую попытку сделал Ист в 1936 году (Ричи Ф., 1955).
Существенный вклад в познание гетерозиса внесли работы отечественных ученых Н.В. Турбина (1969; 1974), Е.А. Тепловой (1976), И.К. Тка-ченко (1974), Л.В. Хотылевой (1966; 1968), М.И. Хаджинова (1968), П.С. Федорова (; 1968а; 19686), В.А. Струнникова (1983).
Несмотря на то, что ни одно из объяснений не является полным, это явление широко применяется в растительном и животном мире. Для практики сельского хозяйства достаточно того, что гетерозис повышает урожайность гибридного растения, ускоряет его созревание, повышает устойчивость к вредителям и болезням.
Открытие гетерозиса и его изучение привело к созданию новых методов селекции кукурузы. В основу которых были положены два противоположных процесса - инбридинг и гибридизация. В результате селекции на гетерозис созданы высокопродуктивные гибриды и разработаны экономически целесообразные схемы получения гибридных семян в производстве. Так кукуруза стала одной из наиболее урожайных зерновых культур на планете. Средняя урожайность зерна кукурузы в мире колеблется 34-35 ц/га. В странах Северной Америки урожай зерна кукурузы составляет 52 ц/га, Европе - 46, Австралии - 56,2, Азии - 35,5, Южной Америке - 27,1, Африке - 17 ц/га. Высокую урожайность зерна кукурузы получают в Греции (99 ц/га), США (63,2 ц/га), Чили (84,9 ц/га), Франции (80,9 ц/га), Италии (82,9 ц/га), Австрии (64,8 ц/га), Канаде (66,3 ц/га), Египте (64,2 ц/га), Китае (50,1 ц/га). Резервы повышения продуктивности кукурузы далеко еще не исчерпаны, поскольку только 63% посевных площадей в мире засевается наиболее продуктивными гибридными семенами первого поколения (Чучмий И.П., Моргун В.В., 1990; Крамарев СМ., 1999).
Внедрение в производство гибридов кукурузы увеличивает с каждым годом урожай за счет их потенциала и улучшения технологии выращивания.
Так, в штате Айова с 1930 по 1970 гг. примерно 63 % годовой прибавки урожая зависило от генетического улучшения гибридов, а 37 % от улучшения условий выращивания (Russel W.A., 1974). По мнению автора улучшение новых гибридов кукурузы объясняется улучшением корневой системы и устойчивостью растений к засухе.
В 80-х годах в США новые гибриды при высокой загущенности посевов оказались на 66,4 % урожайнее сортов прошлых лет, выращиваемых при низкой густоте стояния растений (Russel W.A., 1984).
Вопросы технологии получения гибридных семян кукурузы
Величина и качество урожая семян гибридов кукурузы во многом определяется сроками посева их родительских форм на участках гибридизации. При запаздывании с посевом растения обычно не добирают необходимого количества активных температур, не достигают нужной спелости. При посеве семян в непрогретую почву сильно снижаются полевая всхожесть и жизнеспособность всходов, а в результате - урожай (Афонин Н.М., 1996).
Исследованиями J. Berger (1967) было доказано, что задержка посева на 1, 2 и 3 недели против оптимальных сроков вызывала уменьшение урожая соответственно на 1,25; 4,39 и 8,78 ц/га.
По данным других ученых каждые сутки опоздания с посевом после оптимального срока снижают урожайность на 1 %, на одну неделю - на 7, на две недели - на 15 и на три недели - на 23 % (Шпаар Д., и др., 1999).
Говоря об оптимальных сроках посева кукурузы, следует учитывать, что семена должны находиться в почве минимальный период времени. Как отмечет М. Видойкович (1976), сеять кукурузу не следует ни слишком рано, ни слишком поздно. Прорастание семян кукурузы связано с физико-биохимическими изменениями их запасных веществ. Гидролиз масла, крахмала кроме достаточного притока воды и кислорода требует определенного количества тепла.
В литературе имеются различные сведения о температуре, которая необходима для прорастания семян кукурузы, что, вероятно, вызвано биологическими особенностями отдельных сортов, гибридов и разновидностей. По данным К.Б. Белинского (1952), А.П. Петрова, Н.Г. Азимовой (1957) семена кукурузы начинают прорастать при 8 С. По мнению И.В.
Кожухова (1949), для прорастания кукурузы необходима температура почвы около 10 С. Встречаются сведения о прорастании семян и при более низкой температуре: 5-6 С (Уоллес Г., Брессман Е., 1955).
Считается, что сумма температур, необходимая для появления всходов кукурузы, составляет 100 С. Это означает, что при постоянной среднесуточной температуре 10 С всходы появляются через 10 суток; если температура после посева ниже 10 С, то срок появления всходов растягивается. В этом случае, особенно во влажной почве, возникает опасность загнивания набухших семян и потери всхожести (Шпаар Д. и др., 1999).
При определении оптимальных сроков посева следует учитывать морфобиологические особенности высеваемых родительских форм, а также погодные условия, складывающиеся в отдельные годы в весенний период. Так, например, в засушливых и полузасушливых районах необходимость посева кукурузы в оптимальный срок обуславливается тем, что верхний слой почвы весной быстро прогревается, подсыхает и запаздывание с посевом приводит к изреживанию всходов из-за недостатка влаги для прорастания семян.
А.Ф. Кирдяйкин, Б.М. Кушенов (1993) отмечают, что в засушливой степи Северного Казахстана оптимальный срок посева для раннеспелых гибридов соответствует концу первой - началу второй декады мая. В Средней Европе посев проводят обычно, начиная со второй половины апреля до 5 мая, в Беларусси - с третьей декады апреля по 5-10 мая (Шпаар Д. и др., 1999).
Г.Г. Стрингфилд (1975) также считает, что при наличии благоприятных условий для прорастания семян относительно ранний посев кукурузы имеет преимущества перед поздним. По данным автора ранние посевы на участках гибридизации давали наивысшие урожаи и имели минимальную влажность семян в период уборки, хотя исследователь отмечает, что ранние посевы связаны с риском изреживания в результате загнивания семян, деятельности почвенных насекомых и увеличения численности кукурузного мотылька.
По мнению Н. Тарасова (1966), низкий урожай гибридных семян в поздние сроки посева связан с недостаточностью пыльцы отцовской формы на участках гибридизации. Это значительно снизило выход зерна с початков материнских растений.
Н.Ф. Несенко, В.И. Бокань (1985) показали, что посев на участках гибридизации самоопыленных линий, являющихся родительскими формами гибрида Днепровский 460 MB, лучше проводить в относительно ранние сроки. Запаздывание с посевом этих форм ведет к значительному снижению урожая гибридных семян.
Исследованиями Б.И. Герасенко и В.П. Рагозиной (1983) установлено, что в условиях Омской области наиболее высокие урожаи семян с лучшими посевными и урожайными свойствами получены при посеве родительских форм в ранние сроки. Авторы объясняют это тем, что ранние сроки посева позволяют, с одной стороны, удлинить период вегетации, с другой - сдвинуть период формирования семян на более теплое время, что благоприятно влияет на их посевные и урожайные качества.
Одним из неиспользованных резервов повышения семенной продуктивности участков гибридизации является установление наиболее оптимальных сроков посева родительских форм. Задержка с посевом приводит к значительному снижению урожая семян и снижает их посевные качества и урожайные свойства. Для достижения максимальной продуктивности посевов необходимо опытным путем определить наиболее подходящие сроки посева для каждой родительской формы в конкретных почвенно-климатических условиях.
Климатические ресурсы места проведения исследований
Климат Пензенской области умеренно-континентальный, причем континентальность постепенно нарастает с запада на восток.
Основными факторами, определяющими формирование урожая сельскохозяйственных культур в области являются тепло и влага. Оба этих фактора лежат в основе агроклиматического районирования. Самым неустойчивым элементом из них являются осадки. Они значительно колеблются как по годам и месяцам, так и по отдельным периодам вегетации.
Степень влагообеспеченности вегетационного периода территории характеризуется гидротермическим коэффициентом (ГТК), который представляет собой отношение суммы осадков за период с температурой выше 10, деленной на сумму температур за этот период, уменьшенную в 10 раз;
Гидротермический коэффициент показывает, что при одном и том же количестве осадков, степень влагообеспеченности растений зависит от температуры воздуха: чем выше температура воздуха, а следовательно, непродуктивный расход влаги на испарение, тем меньше влагообеспечен-ность растений.
ГТК, в пределах области, изменяется от 0,9 и менее на юге до 1,1 на севере. Величина гидротермического коэффициента колеблется от 0,4 в засушливые годы до 1,5-1,7 во влажные.
Показателем теплообеспеченности взята соответственно сумма средних суточных температур воздуха за период с температурой выше 10 (период активной вегетации большинства сельскохозяйственных культур).
По условиям увлажнения территория области делится на три агроклиматических района: I - достаточно увлажненный (ГТК = 1,1-1,0); II — умеренно увлажненный (ГТК = 1,0-0,9); III - недостаточно увлажненный (ГТК 0,9) По теплообеспеченности агроклиматические районы делятся на подрайоны: а - прохладный с суммой температур выше 10 2300 ; б - умеренно теплый с суммой температур выше 10 2300-2400; в - теплый с суммой температур 10 2400 .
Настоящие исследования проводились в Мокшанском административном районе области. Этот район входит в I агроклиматическую зону (Вадинско-Мокшанскую зону), которая занимает центральную и северозападную части области и характеризуется достаточным увлажнением, включая в себя подрайоны: а) прохладный, б) умеренно теплый.
Первый агроклиматический район занимает северную половину области. По природным условиям включает в себя лесную и переходную от лесной к лесостепной зоны.
Это наиболее влажный агроклиматический район области. За год выпадает 450-500 мм осадков, на возвышенных местах более 500 мм, сумма осадков за вегетационный период (май - сентябрь) составляет 250-280 мм. В течение 136-142 дней растения активно вегетируют.
Продолжительность безморозного периода в среднем 125-138 дней.
В конце ноября образуется постоянный снежный покров, который сохраняется 128-136 дней. Разрушение устойчивого снежного покрова происходит в первой декаде апреля, а сход его 10-15 апреля. Средняя из наибольших высот снежного покрова составляет 30-40 см.
Средний из абсолютных минимумов температуры воздуха на ровных и возвышенных местах -33,-35 и-35,-37 в пониженных местах рельефа. Средние суммы по территории составляют 2200-2400 , что обеспечивает ежегодное созревание таких культур как озимая рожь и пшеница, ранние яровые зерновые культуры, гречиха, картофель, просо, ранние и сред-неранние гибриды кукурузы, подсолнечника. Позднеспелые гибриды кукурузы обеспечены теплом до фазы «выметывания метелки» (Система ведения агропромышленного производства Пензенской области, 1992; Агроклиматические ресурсы Пензенской области, 1972).
Рост, развитие и фотосинтетическая деятельность растений в зависимости от густоты посевов
Возделывание кукурузы, по сравнению с другими зерновыми культурами, осуществляется при меньшей густоте стояния растений, которая сильно варьирует в зависимости от морфо-биологических особенностей гибридов и зональных условий.
Густота растений - сильнодействующий фактор, в большей степени определяющий эффективность использования почвенного плодородия. В зависимости от густоты посевов заметно изменяются жизненные условия растений - освещение, корневое и воздушное питание, влагообеспеченность, тепловой режим почвы и приземного слоя воздуха, что оказывает непосредственное влияние на интенсивность ассимиляционного процесса, темпы роста, развития и на формирование продуктивности растений (Якунин А.А., Крамарев СМ.,. Бондарь В.П и др. Л 997).
Так, по мнению Н.М. Афонина (1996), при недостаточной густоте стояния не используются в полной мере климатические ресурсы, а при чрезмерной - растения угнетают друг друга.
Г.В. Веретеников и Т.Р. Толорая (1993) отмечают, что при возделывании родительских форм гибридной кукурузы решающее значение имеет разработка приемов сортовой агротехники, в частности установление дифференцированной густоты стояния растений. Исследования, проведенные В.И. Золотовым, А.К. Понаморенко и др. (1978), указывают на возможность усиления или ослабления корневого питания и влагообеспеченности растений, регулирования поступления к ним солнечной энергии и ее использования для фотосинтеза путем формирования определенной густоты посевов.
Имеется большое количество работ, посвященных изучению данного вопроса (Максимова Л.Г., 1990; Конев А.Д., Семенова Л.Р., 1991; Зуза B.C., 1991; Юмагулов Г.Л. и др., 1992; Кирдяйкин А.Ф., Кушенов Б.М., 1993; Веретеников Г.В., Толорая Т.Р., 1996). Однако, установление оптимальных параметров густоты стояния растений должно происходить в зависимости от природно-климатических условий зоны выращивания и биологических особенностей каждой из родительских форм.
Ряд исследователей отмечают влияние густоты стояния растений на прохождение отдельных фаз роста и развития у кукурузы (Папазов Д.Ю., 1983; Миленин В.В., Требисовский А.С, 1995; Веретеников Г.В., Толорая Т.Р., 1996). Их опыты показывают, что с повышением густоты стояния растений продолжительность межфазных периодов и в целом периода вегетации удлиняются в среднем до 3 дней, запаздывает цветение початка и метелки.
По данным А.С.Азаренковой (1990), в неорошаемых условиях наступление отдельных фаз роста и развития у растений зависит не от густоты посева, а от температуры почвы на глубине 10 см и наличия почвенной влаги в этом же слое.
В наших исследованиях густота стояния растений также не влияла на время прохождения отдельных фаз роста и развития (табл. 4.1.21).
Как видно из представленных данных, самым коротким периодом «всходы-созревание» характеризовались родительские формы, выращенные в 2000 году, где его продолжительность была 122 дня, что на 4 дня короче, чем в 2001 году и на 6 дней по сравнению с 2002 годом. Всходы родительских форм раньше всего появились в 2001 году - на 14-й день. Это связано, прежде всего, с быстрым нарастанием среднесуточной температу ры воздуха в мае, которая в 2001 году была на 2,7 С и на 1,6 С выше, чем в 2000 и 2002 гг. соответственно. При этом не отмечено различий во времени появления всходов у изучаемых родительских форм. Разрыв в цветении отцовской формы БГ 1080 и материнских растений был незначительным - 2-3 дня.
Густота стояния растений оказывает существенное влияние на морфологические признаки родительских форм гибридной кукурузы (табл. 4.1.22).
Одним из таких признаков, по которому можно выявить реакцию растений на изменение условий произрастания, является их высота. Из приведенных данных видно, что загущение посевов от 50 до 80 тыс. раст./га приводило к увеличению высоты растений в среднем на 18,5 , 11,5 и 18,9 см соответственно по годам. Вместе с тем высота стебля у родительских форм увеличивалась неодинаково. Сильнее других на загущение реагировала родительская форма Кин 216 х Кин 501. В среднем за годы исследований изменение густоты стояния растений с 50 до 80 тыс/га приводило к увеличению высоты стебля на 16,4 см. У родительских форм Кин 501 х F2 и Кин 227 х Кин 501 этот показатель увеличивался на 12,4 и 11,9 см соответственно. Все родительские формы сформировали большую высоту растений в 2001 году.
Другим важным агрономическим признаком, определяющим возможность механизированной уборки урожая, является высота прикрепления початка.
Как отмечает Б.П. Гурьев (1970), высота растений в значительной мере определяет высоту прикрепления початка. В наших исследованиях величина данного показателя несколько снижалась при загущении. Высота прикрепления початка при густоте 50 тыс. раст./га у всех родительских форм была выше в среднем на 2,4 , 4,9 и 18,7 см, по сравнению с густотами 60, 70 и 80 тыс. раст./га.
