CC BY
18
РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК 577.3:63:576.8
Влияние метеорологических факторов на формирование урожая ярового ячменя в условиях агроландшафта
Фарзутдин Фаткутинович Мухамадьяров, доктор техн. наук, профессор, зав. лабораторией,
Тамара Константиновна Головко*, доктор биол. наук, профессор, зав. лабораторией, Галина Николаевна Табаленкова*, доктор биол. наук, вед. научный сотрудник, Сергей Леонидович Коробицын, кандидат с.-х. наук, доцент, ст. научный сотрудник, Наталья Ефимовна Рубцова, кандидат с.-х. наук, доцент, ст. научный сотрудник, Виктор Петрович Ашихмин, кандидат с.-х. наук, ст. научный сотрудник, Юрий Павлович Савельев, кандидат с.-х. наук, ст. научный сотрудник, Дмитрий Владимирович Кайсин, исследователь
ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии, г. Киров, Россия *ФГБУН Институт биологии Коми научного центра УрО РАН, г. Сыктывкар, Россия
E-mail: [email protected]
Представлены результаты исследований по влиянию метеорологических факторов 2006 года на формирование урожая ярового ячменя на опытном поле со склонами различных экспозиций.
Ключевые слова: агромикроландшафт, ячмень, реперные площадки, эффективные температуры, влажность воздуха и почвы, интенсивность фотосинтеза, агроэкологически однотипные территории (АОТ), урожайность
Особенностью сельхозугодий Северо-Востока европейской части России является наличие факторов, ограничивающих получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Основными лимитирующими из них являются термические ресурсы, низкое содержание в почве элементов питания и высокая ее кислотность. В целом природные условия характеризуются крайней неоднородностью.
Агроландшафты в зависимости от типа рельефа, величины и направления склонов, вида и мехсостава почв в значительной мере оказывают влияние на микроклимат агроце-ноза. Учитывая комплекс этих условий, можно определить назначение сельхозугодий.
Цель исследований - изучить влияние метеорологических факторов на формирование урожая ярового ячменя на опытном поле со склонами различных экспозиций.
Результаты и их обсуждение. Агро-экологические условия роста и развития ярового ячменя сорта Новичок на опытном поле Фаленской селекционной станции в 2006 году складывались в зависимости от агрометеорологических особенностей вегетационного периода в целом, а также агро-
ландшафтных и почвенно-агрохимических характеристик каждой реперной площадки опытного поля [1]. Метеорологические условия по данным Фаленской метеостанции представлены в таблице 1.
Погодные условия вегетационного периода 2006 года отличались от среднемного-летних. Если в мае значения среднемесячной температуры воздуха и количество выпавших осадков были близки к среднемноголетним данным, то в июне среднемесячная температура воздуха возросла от среднемноголетней этого периода на 3,6°С. При этом сумма осадков составила 38,2 мм, или 68% от сред-немноголетнего показателя. Относительно теплая и сухая погода июня способствовала массовому прохождению фазы "кущение" ярового ячменя к 27 июня при следующих значениях суммы эффективных температур -567,0°С, количества осадков - 88,3 мм.
Июльская погода в I декаду была менее теплой (13,6оС в среднем при отклонении на 4,1оС от среднемноголетнего значения) с осадками до 59% от среднемноголетнего уровня. Однако уже во II декаде температура воздуха повысилась на 4,9оС при том же количестве осадков. В этих условиях на-
чало фазы "колошение" отмечено 25 июля. Сумма эффективных температур и количество осадков на этот период соответственно составили 954,4°С и 127,8 мм. В третьей де-
каде июля началось понижение температуры воздуха до 11,5°С при уменьшении количества (14,6 мм) осадков (46% от среднемно-голетнего значения).
Таблица 1
Температура воздуха и количество осадков (Фаленская селекционная станция, 2006 г.)
Показатели Май Июнь Июль Август
Температура воздуха, °С: - max 23 ,0 32,1 33 ,9 26,6
- min -2,4 7,1 3,1 3,9
- среднее 11,3 18,9 16,0 15,4
- среднее многолетнее 10,2 15,3 17,7 15,2
Количество осадков, мм: - сумма 51 ,9 38 ,2 47,5 63 ,1
- среднее многолетнее 52,0 56,2 83,3 54,9
Похолодание продолжалось и в августе. В I декаде месяца яровой ячмень вошел в фазу "полная спелость". Средняя температура воздуха была ниже среднемноголетней на 3,8°С и составила 13 °С, а осадков выпало всего 7,9 мм, или 44% от среднемноголетнего уровня. Такая относительно теплая и сухая погода продолжалась до уборки ячменя (15 августа). К этому времени сумма эффективных температур достигла величины 1075,2°С, а количество выпавших осадков - 144,8 мм.
При вышеприведенных фоновых метеорологических показателях значения температуры воздуха и почвы, относительной влажности воздуха в зависимости от местоположения на опытном поле посевов ячменя
существенно менялись. Для детальных обследований агроэкологических условий опытного поля было выбрано 6 реперных площадок. Они располагались на вершине холма в середине водораздельного плато (№13), южном склоне под пологом леса (№9), середине юго-восточного склона (№4), в балке юго-восточного склона (№5), северном пологом склоне (№6) и северо-западном склоне (№14).
В качестве примера рассмотрим изменения показателей метеорологических условий в посевах ярового ячменя Новичок в фазе "кущение". Данные по реперным площадкам представлены в таблице 2. По результатам наблюдений наиболее контрастные условия были на реперных площадках №5 и №13.
Таблица 2
Температура и относительная влажность воздуха в посевах ярового ячменя Новичок 27 июня 2006 года
Реперные площадки
Время суток, ч №4 №5 №6 №9 №13 №14
Т Т возд., °С W, % т Т возд., °С W, %0 т Т возд., °С W, %0 т Т возд., °С W, %0 т Т возд., °С W, %0 т Т возд., °С W, %0
400 18,0 79 19,7 69 18,8 92 19,2 86 18,2 84 18,9 89
800 25,7 71 25,9 59 27,4 64 27,0 62 22,2 63 25,8 63
1200 24,5 68 26,3 68 23,7 67 23,7 75 21,8 74 23,2 78
1600 25,7 61 26,4 63 24,0 65 24,7 70 23,5 71 23,7 75
2000 21,9 72 22,4 85 21,5 76 22,3 68 25,5 63 22,3 69
2400 17,7 86 17,1 86 17,8 83 18,7 83 18,5 83 18,4 81
На вершине холма в центре водораздельного плато (реперная площадка №13) темп прироста температуры воздуха был значительно ниже по сравнению со склоновыми агромикроландшафтами. Например, на северном склоне с незначительным уклоном (№6) прирост составил 8,6°С, тогда как на вершине холма - только 4,0°С, что объясняется повышенным воздухообменом на открытом ровном пространстве. На реперной площадке №13 в посевах ячменя воздух прогрелся до 25,5°С только к вечеру (2000) с некоторым снижением его температуры к середине дня (21,8°С). В целом температура воздуха соответствовала оптимальным значениям для периода в фазе кущения ярового ячменя.
Иное изменение суточной температуры воздуха в посевах ячменя зафиксировано в условиях аккумулятивного агромикро-ландшафта в балке восточного склона (№5). В полдень там была самая высокая температура воздуха - 26,3 °С, которая оставалась на этом уровне до 1600. Позже в балке юго-восточного склона началось охлаждение воздуха (до 17,1 °С к 2400) за счет перемещения более теплых слоев к вершинной части ландшафта. Примечательно, что суточная динамика температуры воздуха на склонах ландшафта была почти одинаковой. В середине юго-восточного склона (№4), на незначительном северном (№6), южном (№9), северо-западном (№14) агроэкологические ус-
ловия по температурному режиму друг от друга существенно не отличались. Особенно четко это наблюдалось в утренний период с 400 до 800.
Наряду с тепловым режимом роста и развития ярового ячменя на реперных площадках опытного поля оценивали изменение относительной влажности воздуха в течение суток. Из таблицы 2 видно, что значения этого показателя также существенно менялись как во времени, так и в пространстве. Одним из важных факторов развития растений является температура почвы. Она также зависела от агроландшафтных особенностей местоположения посевов ярового ячменя на опытном поле (табл. 3). Так, в самый жаркий день 18 июля 2006 года при одинаковом значении температуры почвы на глубине 0,05 м в утренние часы её повышение отмечено только к середине дня. Причем, если на северном пологом склоне (реперная площадка №6) почва прогрелась быстро до 23,5°С при температуре воздуха 30,2°С, то южный склон под пологом леса (№9) прогревался медленнее. При температуре приземного воздуха 33,8°С почва к полудню прогревалась только до 20°С. Статистическая обработка данных суммы (набора) температур почвы выявила существенные различия по агромикроландшафтам. Достоверные отклонения от среднестатистического значения выявлены на 4, 5, 9, 10 и 13 реперных площадках.
Таблица 3
Температура почвы реперных площадок в посевах ярового ячменя 18 июля 2006 г.
Время Реперные площадки
суток, ч №4 №5 №6 №9 №13 №14
400 19,0 19,5 18,5 19,5 19,0 19,0
800 19,0 19,0 18,5 19,5 19,0 18,5
1200 22,5 22,5 23,5 20,0 22,0 21,5
1600 24,5 25,5 26,0 25,0 25,0 24,0
2000 22,5 23,5 23,5 23,0 23,0 22,5
2400 20,5 21,5 20,5 21,0 21,0 20,5
Экспозиция склонов опытного поля в значительной степени повлияла на освещенность посевов ярового ячменя. На рисунке 1 показано отношение освещенности над пологом к освещенности под пологом посевов в
фазе "кущение". Она варьировала в зависимости от густоты всходов и экспозиции склона. Чем ниже это соотношение, тем больше фотосинтетической радиации используется растениями [2, 3, 4]. В начале вегетации
посевы ячменя на реперных площадках № 9, 13 и 14 отмечались более низкой площадью листовой поверхности (рис. 2) и уровнем фотосинтетических пигментов (рис. 3). В основном это можно объяснить низкорослыми и изреженными посевами. Минимальное их число (420 шт./м2) выявлено на 13 реперной площадке. Биомасса ярового ячменя в эту фазу (табл. 4) была также наименьшей -60 г/м2. Поскольку в этот период эффекта це-нотического затенения не наблюдалось, то
14 12
площадка
010-11 часов утра О 14-16 часов дня
Рис. 1. Отношение освещения над пологом к освещению под пологом в посевах ячменя
_
_1_
ГЕЕН
4 5 6 9 13 Реперная 14
площадка
Рис. 2. Вариабельность площади листьев ячменя сорта Новичок в фазу "кущение"
1200
Мг/м- -р
1000 ____-г-
800
600 400
0
4 5 б 9 13 реперная14
площадка
Рис. 3. Вариабельность содержания фотосинтетических пигментов в листьях ячменя сорта Новичок в фазу "кущение"
интенсивность фотосинтеза не лимитировалась освещением и составляла в среднем 10,8±0,4 СО2/г сухой массы час. Ассимиляционное число, отражающее работу молекулы хлорофилла, варьировало в пределах 1 ,0-1,3, что свидетельствует о включении в работу практически всего хлорофилла. Отставание в росте в начальные этапы развития в меньшей степени отразилось на накоплении общей биомассы (табл. 4) к концу вегетации, чем на репродуктивной способности растений.
Таблица 4
Прирост общей сухой биомассы ячменя Новичок по реперным площадкам
Таблица 5
Урожайность ячменя Новичок по реперным площадкам
№ Общая биомасса в фазы, г/м2 (с.в.)
реп. пл. начало начало восковой
кущения спелости
4 121±6 878±184
5 143±14 848±123
6 99±10 850±37
9 101±31 886±54
13 60±16 733±46
14 88±18 816±152
Количественный анализ влияния факторов среды на показатели структуры урожая показал, что высота растений на всех реперных площадках относительно вершины холма (реперные площадки №№ 13 и 1) достоверно выше. Значимое снижение количества продуктивных стеблей относительно вершины отмечено в нижних частях восточного и северо-восточного (№№ 3, 8), южного и юго-восточного (№№ 10, 11) склонов. Число зерен в колосе увеличивается в верхних частях склона южного и юго-восточного направлений (№№ 1, 9, 10). Масса зерна колоса выше на восточном (№№ 3, 4) северовосточном (№ 7, 8) и южном (№№ 9, 11) склонах. Масса 1000 зерен увеличивается в юго-восточном и восточном (№№ 2, 3, 4), северо-восточном направлениях склонов (№№ 7, 8), а также в нижней части южного склона (№ 11).
Из изложенного следует, что различные агроэкологичекие условия роста и развития ярового ячменя на разных реперных площадках опытного поля существенно сказались на количественных и качественных показателях его урожая (табл. 5).
Выделение и группировку агроэколо-гически однотипных территорий для размещения посевов ярового ячменя проводили методом парногруппового объединения объектов в классы (рис. 4) [5].
С наибольшей урожайностью ячменя выделилась АОТ, типизируемая реперными площадками №№ 3, 4, 7 и 9. В основном это связано с благоприятным температурным режимом (быстрый прогрев почвы) и достаточным режимом увлажнения за счет склона.
№ Урожайность, Белок,
реп. пл. т/га %
1 3,73 9,58
2 3,68 10,12
3 4,77 9,72
4 4,59 10,83
5 3,89 8,64
6 4,11 9,38
7 4,64 9,80
8 3,94 9,04
9 4,64 9,74
10 3,37 8,92
11 4,15 10,20
12 3,89 8,78
13 3,69 9,89
14 3,85 8,60
УСр, т/га 4,07
1,88
8, т/га 0,43
V, % 10,7
Вышка сотовой связи 349°1' с четвертой реперной площадки
Телевышка 35 1'
I I АОТ 1 - 4,66 т/га УЛ АОТ 2 - 4,13 т/га АОТ 3 - 3,89 т/га ЕЯ АОТ 4 - 3,62 т/га
Рис. 4. Агроэкологически однотипные территории для размещения ячменя
Несмотря на обособленность реперной площадки №9 по микроклиматическим показателям её условия были наиболее близки к реперным площадкам №№ 4 и 5. Дисперсионный анализ по отдельным показателям структуры урожая также свидетельствует о принадлежности этих реперных площадок к общей АОТ. В одну группу они входят по высоте растений 0,645...0,660 м, количеству продуктивных стеблей 133.152 шт., числу зерен в колосе 16,7.17,5 шт. АОТ с наименьшей урожайностью типизируется ре-перными площадками №№ 1, 2, 13 и 10. Снижение урожайности ячменя, на наш взгляд, вызвано невысокими запасами влаги в почве в течение всего вегетационного периода, пониженными значениями темпера-
туры воздуха и почвы и повышенной продуваемостью посевов, расположенных на вершине холма опытного поля. Близкими значениями отдельных показателей структуры урожая между реперными площадками в этой АОТ характеризуются: высота растений 0,61.0,62 м; масса зерна в колосе 0,85.0,89 г; масса 1000 зерен 43,6.43,7 г.
Дисперсионный анализ также выявил значимые различия в изменениях параметров структуры урожая между АОТ с наибольшей и наименьшей урожайностями (табл. 6). Достоверные отличия выявлены по показателям массы зерна колоса и массы 1000 зерен. Очевидно, что наибольшая урожайность формировалась за счет элементов колоса.
Таблица 6
Структура урожая ячменя Новичок по агроэкологически однотипным территориям с контрастной продуктивностью
№ реп. пл. Высота растений, м Кол-во продуктивных стеблей, шт. Число зерен в колосе, шт. Масса зерна колоса, г Масса 1000 зерен, г
13 0,575 171,2 15,7 0,75 43,75
1 0,610 0,616 132,2 134,8 18,5 17,4 0,80 0,82 46,30 45,1
2 0,620 133,5 16,5 0,85 47,60
10 0,660 102,2 18,7 0,89 42,75
3 0,660 127,7 17,5 0,93 49,40
7 0,650 0,651 152,0 139,4 17,5 17,4 0,94 0,91 49,40 48,9
4 0,647 132,5 16,7 0,90 50,75
9 0,645 145,3 18,0 0,89 46,20
НСР05 - - - 0,08 3,6
Выводы. Таким образом, агроланд-шафтные особенности опытного поля и аг-ропочвенные характеристики реперных площадок обеспечили создание различных режимов освещения, температуры и увлажнения воздуха и почвы, питания посевов ячменя и тем самым оказали особое влияние на количественные и качественные показатели его урожая.
Аналогичные результаты получены при размещении других культур на опытном поле. Однако в силу специфических реакций видов и сортов растений на сочетание факторов среды размеры и границы АОТ для каждой культуры получились разными.
Список литературы
1. Агроэкологическая характеристика условий опытного поля Фаленской селекционной станции / Мухамадьяров Ф.Ф. [и др.] // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №4(35). С. 9-12.
2. Куренкова С.В. Пигментная система культурных растений в условиях подзоны средней тайги европейского Северо-Востока. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 115 с.
3. Табаленкова Г.Н., Головко Т.К. Продукционный процесс культурных растений в условиях холодного климата. СПб.: Наука, 2010. 231 с.
4. Ячмень на Севере (селекционно- 5. Сысуев В.А., Мухамадьяров Ф.Ф. Ме-
генетические и физиолого-биохимические ос- тоды повышения агробиоэнергетической эф-
новы продуктивности) / Головко Т.К. [и др.]. фективности растениеводства. Киров: НИИСХ
Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 156 с. Северо-Востока, 2001. 216 с.
Influence of meteorological factors on formation of spring barley yield under condition of agro-landscape
Mukhamadjarov F., Golovko T., Tabalenkova G., Korobitsyn S., Rubtsova N., Ashikhmin V., Saveliev Yu., Kaisin D.
The results of experiments on influence of meteorological factors of 2006 on formation of spring barley yield at experimental field having hillsides of different exposition are presented.
Key words: agro-micro-landscape, barley, reference points, effective temperature, soil and air humidity, photosynthesis intensity, agro-ecologically equal territories, yield
УДК 551.582(470.51-17)
Региональные изменения климатических показателей на примере северного агроклиматического района Удмуртской Республики
Алексей Валентинович Дмитриев, старший научный сотрудник, Андрей Викторович Леднев, доктор с.-х. наук, зам. директора
ГНУ Удмуртский НИИСХ Россельхозакадемии, г. Ижевск, Россия
E-mail: [email protected]
В результате анализа многолетних климатических показателей метеостанции г. Глазова Удмуртской Республики установлено, что за последние пятьдесят лет произошло увеличение среднегодовой температуры воздуха на 0,7°С, суммы положительных средних суточных температур воздуха за период выше 0, 5, 10 и особенно 15°С, среднегодового количества осадков на 116 мм (+26%). Наибольшие величины изменений отмечены в последние два десятилетия.
Ключевые слова: среднесуточная и среднегодовая температуры воздуха, сумма осадков
Один из мощных факторов, который может повлиять на эффективность сельскохозяйственного производства в ближайшем будущем - это глобальное изменение климата. Изменения климатических показателей носят очень сложный и разнонаправленный характер. Причем в каждом регионе это воздействие может осуществиться по-разному. Поэтому выявление локальных и региональных закономерностей изменений климатических показателей на территории Удмуртской Республики, прогноз последствий этих явлений на эффективность сельскохозяйственного производства и разработка эффективных путей адаптации сельского хозяйства к условиям меняющегося климата в условиях региона является весьма актуальной темой научных исследований.
По данным Г.В. Груза, Э.Я. Ранькова [1], средняя годовая глобальная температура
приземного слоя воздуха за последние 100 лет увеличилась на 0,6±0,2°С. По данным последних исследований Росгидромета [2], климат в России потеплел сильнее (на 0,76 град), чем климат всей Земли в целом [3].
Мониторинг данных 455 метеостанций России показал повышение среднегодовой температуры приземного слоя воздуха с 1901 по 2005 гг. на 1°С, в холодный период -1,4°С, в теплый - 0,4°С. Все эти изменения необходимо учитывать в сельском хозяйстве, так как эта отрасль народного хозяйства наиболее сильно зависит от климата.
Цель исследований - выявить закономерности изменений климатических условий для корректировки агротехнологий выращивания сельскохозяйственных культур и их сортимента.
Для выявления региональных изменений климатических показателей на террито-
