CC BY
29
УДК 633.11 «324»
ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ
АБИОТИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ
Ф. П. Четвериков, канд. с.-х. наук; Е. П. Денисов, доктор с.-х. наук, профессор; М. Н. Панасов, доктор с.-х. наук, профессор; А. М. Косачев, доктор с.-х. наук, профессор
ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им Н. И. Вавилова», т. 8-905-386-64-57
Изучено влияние абиотических факторов (осадков, запасов влаги в почве, температуры воздуха и гидротермического коэффициента) на рост, развитие и урожайность озимой пшеницы. Показана обеспеченность влагой озимой пшеницы в различные периоды роста растений. Выявлена роль температурного фактора в формировании урожая. Установлено оптимальное значение гидротермического коэффициента для получения 4.5 т/га зерна озимой пшеницы в сухостепном Заволжье.
Ключевые слова: абиотические факторы, озимая пшеница, осадки, влагообеспечен-ность, гидротермический коэффициент, запасы влаги в почве.
С развитием земледелия, особенно интродукции новых культур, в сельскохозяйственное использование введено много нетрадиционных растений - желтая люцерна, щавель кормовой, козлятник восточный, свербига восточная, астрагал ну-товый, лядвенец рогатый, тритикале, житняк и др. [3, 13, 14].
В настоящее время с успешным развитием селекции появилось множество различных сортов. Только в Саратовской области районировано более 30 сортов пшеницы, 18 подсолнечника и т. д.
Многообразие культур и сортов возможно возделывать в условиях производства крупных хозяйств. В этом случае определяются продуктивность и стабильность получения урожая возделываемых культур или сортов и дается оценка соответствия их биологических особенностей абиотическим факторам, среди которых на первом месте в условиях сухостепного Заволжья стоят температура, осадки, гидротермические коэффициенты по периодам вегетации и др. [9, 10, 11].
Нива Поволжья № 2 (23) май 2012 45
Этого не могут себе позволить малые сельскохозяйственные предприятия из-за ограничения площадей и недостатка производственных ресурсов.
Важной проблемой в земледелии было и остается производство зерна с учетом абиотических факторов произрастания растений [7, 8]. В Заволжье для решения этой проблемы возделывают различные засухоустойчивые зерновые культуры - ячмень, озимую и яровую пшеницу, нут, просо и др. Наиболее распространен в Заволжье зер-нопаровой севооборот: 1 - черный пар; 2 - озимая пшеница; 3 - яровая твердая пшеница; 4 - нут; 5 - яровая мягкая пшеница; 6 - просо; 7 - ячмень. Но не все культуры хорошо переносят засушливые условия этого региона [1, 2].
Опыты по изучению влияния абиотических факторов в сухостепном Заволжье проводились на Краснокутской селекционной опытной станции на каштановых почвах, где наиболее урожайной за последние 10 лет (1999-2008 гг.) была озимая пшеница [4, 5, 6]. Цель исследований состояла в проведении параметрического анализа взаимосвязи урожайности озимой пшеницы с абиотическими факторами. В задачи исследования входило: выявить продуктивность озимой пшеницы в зависимости от осадков и запасов влаги в осенний и весенне-летний периоды; определить коэффициент вариации осадков за эти периоды; показать взаимосвязь урожайности озимой пшеницы с температурой воздуха; исследовать зависимость продуктивности озимой пшеницы от гидротермического коэффициента (ГТК).
В среднем за 10 лет урожайность зерна озимой пшеницы по черному пару составила 2,77±0,74 т/га. Коэффициент вариации урожайности не превышал по годам 26,7 % (табл. 1).
Таблица 1
Урожайность культур в севообороте в среднем за 10 лет (1999-2008 гг.)
внительно высоким - 47,4 %. Мягкая яровая пшеница за эти годы формировала урожайность 0,97±0,34 т/га с коэффициентом вариации по годам 35,0 %.
Урожайность нута заметно превышала урожайность яровой пшеницы. Она составляла 1,28±0,39 т/га. Коэффициент вариации ее равнялся 30,4 %. Он уступал только озимой пшенице.
Просо, несмотря на свою засухоустойчивость, формировало урожайность 0,85 ±0,51 т/га с довольно сильным колебанием по годам - коэффициент вариации 60,2 %.
По урожайности ячмень можно приравнять к нуту. Она в среднем за 10 лет составила 1,30±0,55 т/га. По коэффициенту вариации ячмень превосходил нут на 12 %, яровую пшеницу на 6...7 %, но уступал просу на 18 %.
На первом месте по стабильности и продуктивности стоят озимая пшеница, нут и ячмень. У озимой пшеницы отмечается наибольшая урожайность и наименьший коэффициент вариации по годам.
На второе место следует поставить по продуктивности нут и ячмень. Но по стабильности урожайности по годам нут заметно превосходил ячмень. На третьем месте оказалась яровая пшеница. Наиболее нестабильную урожайность по годам давало просо с коэффициентом вариации более 60 %. По продуктивности в этих условиях его можно приравнять к яровой пшенице.
Поэтому в первую очередь для решения зерновой проблемы заслуживает внимания озимая пшеница. Параметрический анализ влияния абиотических факторов на урожайность озимой пшеницы интересен как с теоретической, так и с практической точек зрения. Важнейшими культурами Заволжья являются озимые, особенно пшеница, основным фактором формирования урожайности которой являются погодные условия (табл. 2).
Основным периодом в технологии ее возделывания считается осенний. В Заволжье трудно получить хорошие всходы и раскустившиеся растения из-за недостатка влаги и неблагоприятного температурного режима.
Отсюда зависимость урожайности озимой пшеницы от этих показателей очевидна на основе параметрического анализа погодных условий.
В среднем за 10 лет (1999-2008 гг.), по данным Краснокутской метеостанции, сумма осадков в августе колебалась от 9,9 до 49,9 мм, т. е. в среднем они составляли 25 ±13,22 мм с коэффициентом вариации 52,9 %.
Культура Урожайность, т/га Коэффициент вариации, %
Озимая пшеница 2,77±0,74 26,7
Яровая твердая пшеница 0,76±0,36 47,4
Яровая мягкая пшеница 0,97±0,34 35,0
Нут 1,28±0,39 30,4
Просо 0,85±0,51 60,2
Ячмень 1,30±0,55 42,4
Наименьшую урожайность давала яровая твердая пшеница - 0,76±0,36 т/га. Коэффициент вариации ее по годам был сра-
Таблица 2
Абиотические факторы в среднем за 10 лет за осенний период (1999-2008 гг.)
Период Осадки Среднесуточная температура ГТК
Сумма, мм % обеспеченности Коэффициент вариации, % °С % обеспеченности Коэффициент вариации, % Значение % обеспеченности Коэффициент вариации, %
Август 25,0±13,22 71,4 52,9 22,0±1,67 100 7,6 0,70±0,28 70 42,1
Сентябрь 37,4±23,46 61,7 62,7 14,6±1,36 100 9,3 0,83±0,53 80 -
Осень 0,76±0,18 - 27,2
В сентябре за этот же период осадков выпадало 37,4±23,46 мм с коэффициентом вариации 62,7 %.
Зависимость урожайности у от количества осадков в августе х выразилась уравнением полинома третьей степени:
у = 0,22 + 0,18х - 0,00192х2 - 1,729 • 10-5х3.
Из решения уравнения очевидно, что для получения высокой урожайности зерна озимой пшеницы осадков в августе должно выпадать не менее 35 мм.
В сентябре взаимосвязь урожайности с количеством осадков выразилось уравнением вида
у2 = 5,32 - 0,19х + 0,00386х2 - 2,083 • 10-5х3.
Наибольшая урожайность зерна формируется при выпадении осадков в сентябре не менее 60...70 мм.
Таким образом, влагообеспеченность озимой пшеницы в августе в этой зоне 71,4 %, а в сентябре - 61,7 %.
Озимая пшеница за осенний период требует хорошего увлажнения почвы.
Взаимосвязь количества влаги (осадков) х в осенний период вегетации озимой пшеницы с величиной урожайности зерна у выражалась уравнением вида
у = 2,82 - 0,0014х - 0,000238х2 + + 2,57 • 10-6х3.
Из решения уравнения очевидно, что для формирования урожайности зерна 4,0. 4,5 т/га за осенний период должно выпадать осадков не менее 120.130 мм.
Влагообеспеченность за осенний период в этом районе составляет 66,6 % от оптимального.
Важную роль в дальнейшем формировании урожайности озимой пшеницы играет температурный режим в летне-осенний период вегетации. Зависимость урожайности у этой культуры от среднесуточной температуры воздуха х выражалась уравнениями: для августа -у1 = 638,78 - 86,20х + 3,87х2 - 0,0576х3;
для сентября -
у2 = -53,81 + 3,39х + 0,36х2 - 0,0221 х3.
Из решения уравнений очевидно, что в августе озимая пшеница имеет наилучшее развитие при температуре не выше 24 °С, а в сентябре - не ниже 15 °С. Среднесуточная температура воздуха в августе составляла за рассматриваемый период 22,0 ±1,67 °С. Коэффициент вариации 7,6 %. В сентябре средняя температура не превышала 14,6±1,36 °С. Коэффициент вариации 9,3 %. Сравнение этих данных с потребностью в температурном режиме показывает, что за осенний период озимая пшеница полностью удовлетворяется теплом.
Взаимосвязь суммы температур за осенний период с урожайностью выражалась уравнением вида
у = 693,0 - 5,12х + 0,0125х2 - 1,02 • 10-5х3.
Для нормального развития озимой пшеницы в осенний период необходима сумма положительных температур не менее 450 °С.
Средняя величина суммы температур за этот период составляет 444±36,6 °С. Это еще раз подтверждает, что в осенний период озимая пшеница обеспечивается теплом на 100 %.
Взаимосвязь урожайности озимой пшеницы у с ГТК х в осенний период выражалась уравнениями:
для августа -
у1 = 0,706 + 14,45х - 26,27х2 + 13,52х3;
для сентября -
у2 = 3,14 - 0,85х + 0,076х2 - 0,187х3; в среднем за осенний период -
уэ = 217 + 4,64х - 9,29х2 + 5,04х3.
В августе наилучшее развитие озимой пшеницы было при ГТК не менее 0,5, а в сентябре - более 1,0. В августе в среднем за 10 лет ГТК составлял 0,70±0,28. Коэффициент вариации 42,1 %. В сентябре ГТК за этот период равнялся в среднем 0,85± 0,53.
Нива Поволжья № 2 (23) май 2012 47
За осенний период среднее значение ГТК не превышало 0,66±0,18. Коэффициент вариации составил 27,2 %. Такое широкое колебание гидротермического режима объясняется неравномерным выпадением осадков.
В осенний период в начале вегетации озимой пшеницы включая кущение для хорошего роста и полноценного развития необходима сумма осадков не менее 120 мм, сумма температур не менее 450 °С при гидротермическом коэффициенте не менее 1,0.
В среднем за 10 лет в условиях сухо-степного Заволжья обеспеченность осадками за осенний период была не более 66,6 %.
Теплом эта культура в осенний период при посеве в конце августа и начале сентября обеспечивается на 100 %.
Более неустойчивым показателем были осадки. Коэффициент вариации 52,9... 62,7 %. Самым устойчивым был температурный режим. Коэффициент вариации 7,6. 9,3 %. Гидротермический коэффициент варьировал в пределах 27,2.29,3 %.
Для получения урожая зерна озимой пшеницы в 2,5 т/га необходима сумма осадков за осенний период не менее 60. 70 мм с температурой не ниже 15 °С и ГТК не менее 0,66.
Для формирования озимой пшеницей урожайности 3,5.4,0 т/га зерна за осенний период осадков должно выпадать не менее 120 мм при средней температуре в сентябре не ниже 15 °С и ГТК не менее 1,2.
Большую роль играют в формировании урожайности весенне-летние осадки в апреле - июне месяцах (табл. 3).
Таблица 3
Абиотические факторы в среднем за 10 лет за весенне-летний период (1999-2008 гг.)
В апреле зависимость урожайности у от осадков х выразилась уравнением полинома третьей степени:
у1 = 4,14 - 0,25х - 0,00937х2 - 9,89 • 10-5х3.
Осадки в апреле повышают урожайность, если их выпадает более 20 мм. Наиболь-
шую урожайность озимая пшеница формирует при выпадении более 40.45 мм осадков. В среднем за 10 лет апрельские осадки составляли 27,9±16,1 мм. Коэффициент вариации 57,7 %. Обеспеченность осадками в этом месяце 62,2 %.
Особенно высокая потребность во влаге у озимой пшеницы в мае. Зависимость урожайности у от количества осадков в мае х выражалась уравнением вида
у2 = 5,46 - 0,37х + 0,0124х2 - 0,000104х3.
Из решения уравнения очевидно, что для формирования урожайности 4.5 т/га зерна необходимо, чтобы в мае выпадало до 60.65 мм осадков. В этом регионе их выпадает 30,2±21,2 мм. Коэффициент вариации 70,2 %. Обеспеченность озимой пшеницы осадками в мае 75,5 %.
Положительную роль в формировании урожайности зерна озимой пшеницы играли июньские осадки, правда, в меньшей степени, чем майские. Зависимость урожайности озимой пшеницы у от июньских осадков выражалась уравнением вида
у3 = -2,94 + 0,43х - 0,0089х2 + 5,39 • 10-5х3.
Решение уравнения показало, что для получения урожайности зерна в 4 т/га достаточно 40 мм осадков. В этом месяце в среднем за 10 лет выпало 36±24,5 мм. Коэффициент вариации 68,1 %. Обеспеченность озимой пшеницы осадками в июне достигала 90 %. Зависимость урожайности зерна от суммы осадков за вегетацию аппроксимировалась уравнением вида
у = 24,41 - 0,68х + 0,00676х2 - 2,109-10-5х3.
Из решения уравнений следует, что для получения 3,5.4,0 т/га зерна озимой пшеницы за вегетацию необходимо 145 мм осадков. За время наблюдений (10 лет) в среднем этот показатель составил 94 мм. Средняя обеспеченность озимой пшеницы летними осадками - 72,3 %, поэтому урожайность зерна не превышала 2,5 т/га.
Важную роль в формировании урожайности зерна озимой пшеницы в течение летней вегетации играет температурный режим.
Взаимосвязь величины урожайности зерна озимой пшеницы у и среднесуточной температуры воздуха х аппроксимировалась уравнениями (рис. 1): для апреля -
у1 = -30,83 + 12,67х - 1,54х2 + 0,061 х3; для мая -
у2 = - 58,42 + 13,04х - 0,89х2 + 0,020х3; для июня -у3 = - 123,70 + 19,25х - 0,97х2 - 0,016х3
Период Сумма осадков, мм % обеспеченности Коэффициент вариации, %
Апрель 27,9±16,1 62,2 57,7
Май 30,2±21,2 75,5 70,2
Июнь 36,0±24,5 - 68,1
В среднем за период 94,0 72,3 -
Весенние запасы влаги в почве 115 57.62 -
1.3"
Т= 1-2+
Го 1.1 о.
О) 1.0 т
¡£ 0.9 о
° 0.8
>5
^ 07
О. 0.6 >
0.5 СМг
1-Апрель
2- Май
3- Июнь
4- Июль
у,=2,07-0,1 6х+0,0065х2-7,49'1 О"5*3 у2=0,29+0,078х-0,00182х2+1,0810"®х3 у3-1,57+0,17х-0,00349х2+2,17910 V у4=1,35-0,0312х+0,00051х2-1,8710"6х3
10
20
30
40
50
60
70
80
Сумма осадков, мм
Рис. 1. Зависимость урожайности зерна озимой пшеницы от среднесуточной температуры в весенне-летние месяцы
Для получения урожайности зерна 3,5... 4,0 т/га температура воздуха в апреле должна быть не ниже 7,0.7,5 °С, в мае - не выше 13 °С; в июне - не более 18.19 °С. Известно, что в апреле и начале мая интенсивно растет корневая система. Для ее роста невысокая температура является наиболее оптимальной. Температура 7.8 °С способствует хорошему укоренению растений.
Выявлена тесная взаимосвязь величины урожайности зерна озимой пшеницы и гидротермических условий вегетации в летний период. Зависимость урожайности пшеницы у от величины гидротермического коэффициента х выразилась уравнениями полинома третьей степени:
для апреля -
у1 = -0,51 + 9,56х - 8,10х2 + 2,11х3; для мая -
у2 = 3,51 - 10,10х + 16,58х2 - 6,54х3; для июня -
уз = 0,87 + 9,39х - 11,41 х + 3,73х3;
в среднем для вегетации весенне-летнего периода -
у4 = 3,45 - 6,52х + 11,72х2 - 5,57х3 (рис. 2).
Из решения уравнений очевидно, что наибольшую урожайность озимая пшеница формирует при ГТК в апреле 0,8.0,9, в мае - не ниже 1,2.1,3, в июне - 0,6.0,7. В среднем за вегетацию летнего периода (апрель - июнь) ГТК необходим на уровне не ниже 1,0.
Заметно влияли на величину урожайности зерна озимой пшеницы у весенние запасы продуктивной влаги в почве х. Взаимосвязь этих параметров выразилась уравнением вида
у = -10,40 + 0,28х - 0,0091 х2 + 3,86-10-6х3.
Для получения урожайности зерна 3,5. 4,0 т/га весной в метровом слое почвы в посевах озимой пшеницы должно быть продуктивной влаги не менее 110.115 мм.
Таким образом, недостающим фактором при производстве зерна озимой пшеницы
1.4-
1.3
ГО 1.21 о.
ГО 1 1
«О 1-11
л
& 1-01 о
,1 0.9+
3 1
§ 0-84 р> 0.7
оя-
1 - Апрель
2- Май
3- Июнь
/
/
/
—" —" — 4-Июль - 5- В среднем за вегетацию
,-3
у1=1,55-2,28х+2,39х2-0,74х3 у2=0,57+1,97х-1,43х2+0,133х3 ■уз=4,67+5,39х-5,75х2+1,84х3 у4=1,44-1,97х+0,98х2+0,39х3 / у5=Ч43+27Д6х-39,93х2+18,04хУ
/
0.2
0.4 0.6 0.8 1.0
Значение гидротермического коэффициента
1.2
Рис. 2. Зависимость урожайности зерна озимой пшеницы от гидротермического коэффициента за вегетационный период
1.4
Нива Поволжья № 2 (23) май 2012 49
как в осенний, так и в летний периоды в сухостепной зоне является недостаток влаги. Обеспеченность влагой этой культуры составляла осенью 66...70 %, а за летний период вегетации - 57.62 %.
При такой обеспеченности влагой в условиях сухостепного Заволжья урожайность озимой пшеницы не превышала 2,4.2,5 т/га.
Литература
1. Денисов, Е. П. Погода, азотное питание и урожайность озимой пшеницы в су-хостепном Заволжье / Е. П. Денисов, И. М. Па-насов, К. Е. Денисов. - Саратов, 2007. -187 с.
2. Дружкин, А. Ф. Изучение приемов ресурсосберегающих технологий возделывания полевых культур в Саратовском Правобережье / А. Ф. Дружкин, В. Б. Нарушев, С. Н. Косолапов, Е. В. Одиноков // Материалы международной конференции «Ва-виловские чтения», том 1. - Саратов, 2010. - С. 16-17.
3. Кучеров, В. С. Повышение продуктивности агроэкосистем в сухой степи / В. С. Кучеров, С. Г. Чекалин. - М., 2000. - 96 с.
4. Меняйлов, В. В. Научные основы и перспективы сберегающего земледелия в лесостепи Поволжья / В. В. Меняйлов // Нива Поволжья. - 2009. - № 4. - С. 40-43.
5. Орлов, А. Н. Формирование урожайности яровой пшеницы в зависимости от вида пара в севообороте, основной обработки почвы и способов посева / А. Н. Орлов, О. А. Ткачук, Е. В. Павликова // Нива Поволжья. - 2009. - № 4. - С. 47-52.
6. Орлов, А. Н. Урожайность и качество озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания в севооборотах с чистым паром / А. Н. Орлов, Н. Н. Тихонов // Нива Поволжья. - 2009. - № 4. -С. 52-55.
7. Попюк, И. Н. Экономические и экологические аспекты управления природными ресурсами: И. Н. Попюк. - Саратов, 2006. -140 с.
8. Решетов, Г. Г. Пути восстановления энергетического потенциала в агроэкоси-стемах Поволжья / Г. Г. Решетов, К. Е. Денисов, А. В. Корчаков // Вестник СГАУ. -2010. - № 1. - С. 9-15.
9. Сергеев, К. Экстремальные проявления климата / К. Сергеев// Ресурсосберегающие технологии. - 2009. - № 3(4). -С. 8-16.
10. Смолин, Н. В. Влияние аномальных метеорологических условий на урожайность озимых культур в республике Мордовия / Н. В. Смолин, Ю. Н. Журавлева, С. Е. Хлевина // Вестник СГАУ. - 2008. -№ 7. - С. 42-46.
11. Шульмейстер, К. Г. Борьба с засухой и урожай / К. Г. Шульмейтер. - М., 1976. - 335 с.
12. Туктаров, Б. И. Мульчирующая обработка почвы, солома, сидераты и микробиологические препараты - основа био-логизации земледелия на черноземных почвах / Б. И. Туктаров, П. В. Таросенко, А. В. Уваров // Материалы международной конференции «Вавиловские чтения», том 1. - Саратов, 2010. - С. 173-177.
13. Четвериков, Ф. П. Земледелие в зоне каштановых почв Заволжья Саратовской области / Ф. П. Четвериков, С. Н. Косолапов, Е. П. Денисов. - Саратов, 2010. -99 с.
14. Четвериков, Ф. П. Основные проблемы современного земледелия при освоении ресурсосберегающих технологий / Ф. П. Четвериков, С. Н. Косолапов, Е. П. Денисов, М. Н. Панасов. - Саратов, 2010. - 98 с.
