Продуктивность и обоснование параметров агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы в степи и южной лесостепи оренбургского приуралья

На правах рукописи

Митрофанов Константин Владимирович

Продуктивность и обоснование параметров агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы в степи и южной лесостепи Оренбургского Приуралья

Специальность 06.01.09 – растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Оренбург – 2006

Работа выполнена в государственном научном учреждении «Оренбургский

научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН»

Научный руководитель - доктор географических наук,

старший научный сотрудник

Тихонов Вячеслав Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник

Красавин Виктор Дмитриевич

кандидат сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник

Мордвинцев Михаил Павлович

Ведущая организация – ФГОУ ДПОС «Оренбургский региональный

институт переподготовки и повышения квалификации

руководящих кадров и специалистов агропромышлен-

ного комплекса МСХ»

Защита состоится 1 августа 2006 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета К 006.079.01 при ГНУ «Оренбургский научно-исследователь-

ский институт сельского хозяйства РАСХН» по адресу: 460051, г. Оренбург,

пр. Гагарина, 27/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского НИИСХ

Автореферат разослан 27 июня 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук Е.В. Часовских

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В засушливой зоне яровая твердая пшеница является важной продовольственной культурой и служит незаменимым сырьем для производства высококачественных макаронных и кондитерских изделий, крупы и продуктов питания. Однако за последние годы ее посевы в России резко сократились (Н.С. Васильчук, 2001).

Одна из главных причин сокращения посевов твердой пшеницы в Оренбургской области – низкая урожайность, обусловленная более высокой, чем у мягкой пшеницы, требовательностью к условиям выращивания. Кроме того, трудности получения качественного зерна предопределяют невысокие цены на него. Положительное решение обозначенной проблемы в значительной степени базируется на повышении уровня адаптивности агроэкосистем и агроландшафтов. Адаптивное макро-, мезо- и микрорайонирование сельскохозяйственных культур позволяет избежать действия абиотических и биотических стрессов, а также обеспечить наиболее эффективное использование благоприятных факторов окружающей среды (А.А. Жученко, 1994). Одной из приоритетных задач в этом плане является разработка подходов к созданию оптимального агроэкотипа сорта той или иной культуры для конкретных экологических и производственных условий (П.Н. Константинов, 1952).

В степной и лесостепной зоне Оренбургского Приуралья эта проблема для культуры твердой пшеницы остается нерешенной.

Цель исследований. Разработать параметры продуктивного с высоким качеством зерна, устойчивого к биотическим и абиотическим стрессам агроэкотипа сорта твердой пшеницы, способствующего формированию агроценозов данной культуры, адаптированных к природно-климатическим условиям степной и лесостепной зоны Оренбургского Приуралья.

В задачи исследований входило:

- изучить влияние погодных факторов на продуктивность и качество зерна яровой твердой пшеницы на базе длительных рядов наблюдений (зависимости в системах «погода - урожай», «урожай – качество зерна», «погода – качество зерна»);

- выявить потенциал качества зерна яровой твердой пшеницы в изучаемом регионе;

- изучить устойчивость яровой твердой пшеницы к биотическим факторам поражения (зависимости в системах «болезни и вредители – урожай и качество зерна», «погода - болезни и вредители»);

- определить на базе полученных оценок параметры оптимального агроэкотипа (модели) сорта изучаемой культуры для соответствующих условий производства товарного зерна;

- разработать рекомендации для ускорения работ по реализации модели оптимального агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы;

- дать экономическую оценку эффективности возделывания (расчетной прибыли) идиотипа (модели) сорта яровой твердой пшеницы для различных природных зон Оренбургского Приуралья.

Научная новизна. Впервые разработаны многомерные регрессионные модели зависимости продуктивности яровой твердой пшеницы, а также модели развития вредных организмов от факторов погоды за длительный период наблюдений в различных природно-климатических зонах Оренбургского Приуралья. Выявлено влияние комплекса вредных организмов на урожайность зерна. Установлена роль косвенных показателей в оценке качества макаронных изделий из зерна твердой пшеницы. Разработаны параметры модели оптимального агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы для изучаемой территории.

Практическая значимость исследований. Научно обоснованы параметры моделей сортов яровой твердой пшеницы для степи и южной лесостепи Оренбургского Приуралья на современном этапе. Определены пути реализации этих параметров в селекционном процессе на основе целенаправленного использования вклада индексов селектируемых признаков в повышение эффективности отборов на продуктивность.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Факторы среды и продуктивность яровой твердой пшеницы: многофакторные регрессионные модели зависимости урожайности зерна от абиотических факторов в изучаемом регионе; построенные на 60-летних рядах наблюдений они имеют на входе значительное количество переменных, что предопределяет исключительные трудности в реализации селекционных и технологических задач.

2. В условиях Оренбургского Приуралья прибавка урожайности в селекционном процессе яровой твердой пшеницы определяется долей влияния (в рамках модели множественной регрессии) так называемого индекса селектируемого признака (отношение элемента структуры более урожайного сорта к тому же элементу менее урожайного сорта).

3. Для совершенствования агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы в условиях изучаемого региона необходимо использовать индексы селектируемых признаков всех элементов структуры урожая.

4. Факторы среды и качество заготовляемого зерна и готовой продукции яровой твердой пшеницы. В различных природно-климатических зонах изучаемой территории установлено влияние различных компонентов погоды, включая погоду осенне-зимних месяцев предшествующего года, на формирование качества зерна и готовых макарон.

5. Биотические факторы в биоценозе яровой твердой пшеницы, их влияние на продуктивность и качество зерна. Патогены, объединенные в консортные патологические системы, характеризуются значениями вредоносности, отличными от вредоносности отдельных патогенов. Основные вредные организмы для яровой твердой пшеницы, из числа изученных, гессенская и шведская мухи; в совокупности они определяют около 40% варьирования величины урожайности зерна изучавшейся культуры (за 40 лет наблюдений).

6. Основные параметры оптимального агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы для степи и южной лесостепи Оренбургского Приуралья.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международной конференции, посвященной 50-летию начала освоения целинных и залежных земель (Оренбург, 2004), научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 2003, 2004), а также на заседаниях методической комиссии и Ученого Совета Оренбургского НИИСХ (2002, 2003, 2004).

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ГНУ «Оренбургский научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН», № госрегистрации 01.960.0.10121.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация написана на 150 страницах компьютерного текста, включает введение, 7 глав, выводы, предложения производству, 24 таблицы, 7 рисунков и 13 приложений. Список литературы содержит 222 источника, в том числе 13 на иностранных языках.

Условия проведения исследований и методика

Природно-климатические условия

Естественная биологическая продуктивность изучаемой территории Оренбургской области, выраженная через биоклиматический потенциал урожайности зерновых культур составляет для лесостепной Предуральской провинции 22…23 ц с 1 га, степной Заволжской провинции 18…19, сухостепной Заволжской провинции 14…15 и степной Казахстанской провинции 15…17 ц с 1 га (В.Е. Тихонов, 2002). Влагообеспеченность территории показана в таблице 1.

1. Основные показатели влагообеспеченности природно-сельскохозяйственных провинций Оренбургской области (по: В.Е. Тихонов, 2002)

Метеостанция	Среднемноголетние параметры
	количество осадков, мм					коэффициент годового атмосферного увлажнения (Ку)		высота снежного покрова (см)	запас воды в снеге (мм)
	за год	распределение по месяцам (1960-1989 гг.)
		V	VI	VII	VIII	P/d	P/f
Зона лесостепная, провинция Предуральская (чернозем типичный)
Бугуруслан Пономаревка Шарлык	423 464 401	30 45 33	51 48 50	57 49 51	50 47 41	0.26 0.30 0.24	0.57 0.66 0.53	37 40 41	105 118 124
Зона степная, провинция Заволжская (чернозем обыкновенный)
Бузулук Оренбург Чебеньки	368 367 386	25 26 29	49 36 49	52 38 47	36 31 32	0.21 0.18 0.20	0.46 0.40 0.44	27 28 31	75 70 89
Зона сухостепная, провинция Заволжская (чернозем южный)
Первомайский Соль-Илецк	311 310	22 26	40 31	39 30	27 26	0.15 0.15	0.33 0.33	24 26	68 75
Зона степная, провинция Казахстанская (чернозем южный)
Айдырля Энергетик Адамовка	342 302 306	26 26 25	40 42 41	47 35 44	32 33 31	0.21 0.16 0.17	0.46 0.35 0.37	27 31 25	77 85 70

Примечание: Р – осадки, f – испаряемость, d – сумма среднесуточных величин дефицита влажности воздуха; мб. (f = 0.45d). Высота снежного покрова дана на конец 1-ой декады марта.

Методика исследований

В наших исследованиях моделирование является основным методом обобщения экспериментальных данных; оно составляет сущность системного подхода к изучению сложных систем, в том числе и таких, какими являются степные агроценозы. Под моделированием понимается материальное или идеальное (мысленное) имитирование поведения какой-либо реально существующей системы, схематическое или математическое воспроизведение принципов ее организации и функционирования (А.С. Образцов, 1981).

Разработка моделей и схем зависимостей в биоценозе яровой твердой пшеницы в значительной степени базировалась на анализе:

- материалов Оренбургского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, опубликованных в климатических справочниках и ежегодниках;

- научных отчетов инспектуры госкомиссии Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений по Оренбургской области за 1940-2000 гг. следующих ГСУ: Аксаковский, Пономаревский, Тоцкий, Бузулукский, Переволоцкий, Первомайский, Соль-Илецкий, Адамовский;

- бюллетеней “Валовые сборы и урожайность сельскохозяйственных культур” Оренбургского областного комитета государственной статистики за 1951 - 2003 гг.

Фенологические наблюдения проводились по методике Госкомиссии Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений (1971); оценка технологических качеств зерна – по методике Центральной лаборатории Госкомиссии по сортоиспытанию; метеорологические наблюдения – по методике Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (форма ТСХ – 8, агрометеорологические бюллетени Оренбургского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды).

Агроклиматическая обработка метеоданных проводилась методами, описанными в работах Н.В. Гулиновой (1974); моделирование связей - с помощью пакета прикладных программ «ППП Статграфик»; расчеты трендов – методом гармонических весов (А.Н. Полевой,1988); интерпретация полученных результатов моделирования - с использованием методических пособий по математической статистике Дж. Снедекора (1961), Б.А. Доспехова (1979), Г.Ф. Лакина (1980), Г.Н. Зайцева (1984) и др.

Регрессионные модели представлены в основном в табличной форме, которая в информационном плане имеет ряд преимуществ.

Доля влияния фактора рассчитывалась как отношение суммы квадратов отклонений, обусловленной соответствующим фактором, к итоговой сумме квадратов отклонений, относящейся к регрессии.

Уровень полезности (работоспособности) многомерных регрессионных моделей оценивался следующими предъявляемыми требованиями: 1) ошибка уравнения не должна превышать 20% среднего значения по ряду У; 2) коэффициент множественной детерминации (R2) должен приближаться к 0,8 и выше; 3) отношение Fфакт : Fтабл. должно превышать табличное значение в 4 раза и более; 4) число членов ряда (объем выборки) должно превышать число переменных в 5…6 раз и более.

Объем выборки, используемой для построения модели, обозначен в виде продолжительности периода наблюдений (например, 1956 - 1974 гг.) или количеством учтенных наблюдений (лет, сортов). Общий период наблюдений за продуктивностью яровой твердой пшеницы включает период 1940 – 2003 гг.; за комплексом вредных организмов 1956 – 2000 гг.; за оценкой качества зерна с 1971 по 2000 гг.

Место в севообороте, основная и предпосевная обработка почвы, норма высева семян, систем удобрений, сроки проведения агротехнических работ для изучаемой культуры – принятые на соответствующих госсортоучастках.

Результаты исследований

1. Природно-ресурсный потенциал формирования урожайности

яровой твердой пшеницы

Результаты более чем полувековой работы по формированию агроэкотипа яровой твердой пшеницы показывают, что в большинстве почвенно-растительных зон Оренбургской области поэтапная сортосмена яровой твёрдой пшеницы способствовала продвижению в производство более приспособленных к экологическим условиям выращивания, т.е. более продуктивных сортов. В таблице 2 представлены итоги этой работы для степной Заволжской провинции.

2. Продуктивность районированных сортов яровой твердой пшеницы в хронологическом ряду сортосмены в условиях степной Заволжской провинции (Переволоцкий ГСУ)

Показатели продуктивности	Годы
	1956–1965		1978-1996		1986–1996		1991–1996		1991–1996		1991–1996
	Гордеиформе 189	Харьковская 46	Харьковская 46	Оренбургская 2	Харьковская 46	Оренбургская 10	Харьковская 46	Безенчукская 182	Оренбургская 2	Безенчукская 182	Оренбургская 10	Безенчукская 182
Урожайность зерна, г с 1 м2	94	117	113	132	83	104	77	117	91	117	91	117
Средняя разность сопряженных выборок, г с 1 м2		+23		+19		+21		+40		+26		+26
НСР05, г с 1 м2		9,3		5,2		20,0		32,9		14,4		27,3
Коэффициент вариации, %	53	49	64	59	52	58	53	49	43	49	50	49

Большой коэффициент вариации урожайности зерна говорит о крайне неустойчивых факторах внешней среды в зоне, обслуживаемой Переволоцким ГСУ.

Рост уровня урожайности обусловлен развитием агротехники, энерговооруженности сельскохозяйственного производства, внедрением минеральных удобрений, а также положительными изменениями в севооборотах. Однако, относить целиком всю динамику урожайности за счет этих мероприятий было бы неправильно ( М.Х. Байдал, А.И. Неушкин, 1979). Как видно из данных таблицы 3, положительный тренд урожайности яровой пшеницы в степной зоне Урала обусловлен в значительной степени трендом осадков. В Предуралье это будут осадки летнего периода (июнь-август), в Зауралье – это осадки холодного периода года. Доля дисперсии тренда урожайности, обусловленная трендом этих осадков, от общей дисперсии равна или превышает 80%.

3. Зависимость урожайности яровой пшеницы от многолетнего хода сумм осадков в степной зоне Урала (1940-2003 гг.)

Независимые переменные (факторы сумм осадков)	Коэффициент регрессии	Уровень значимости	Доля влияния фактора, %	Коэффициент корреляции
Модель для степной зоны Заволжской провинции (Предуралье)
Свободный член Тренд сумм осадков за июнь- август Тренд сумм осадков за октябрь-апрель	-29,28 0,279 0,044	0,00 0,00 0,00	- 78,92 11,67	- 0,888 0,757
Для полной регрессии: R2 = 90,59%, стандартная ошибка оценки = 1,5; Р = 0,00
Модель для степной зоны Казахстанской провинции (Зауралье)
Свободный член Тренд сумм осадков за октябрь- апрель Тренд сумм осадков за июль-август	4,93 0,119 -0,161	0,04 0,00 0,00	- 83,35 4,63	- 0,913 0,184
Для полной регрессии: R2= 87,98%; стандартная ошибка оценки = 1,4; Р = 0,00

Урожайность сортов твердой пшеницы определяется, прежде всего, параметрами агроценоза. Они обусловлены взаимодействием растений в посеве с условиями внешней среды. Агроклиматические факторы составляют часть условий вегетации растений пшеницы. Их влияние на отклонения урожайности зерна от тренда (в %) представлено в таблице 4.

В описании приводимых моделей применены следующие сокращения для обозначения независимых переменных: О - сумма осадков, мм; к – коэффициент атмосферного увлажнения, представляющий собой отношение суммы осадков за определенный период к испаряемости (потенциальному испарению) за тот же период; t – средняя месячная температура воздуха, 0С; d - средний месячный дефицит влажности воздуха, мб; Ln – натуральный логарифм; - корень квадратный. Индексы при переменных означают номер месяца в году, а буква „п” при них – номер месяца предшествующего года.

4. Зависимость урожайности зерна яровой твердой пшеницы от факторов погоды (регрессионные уравнения)

Независимая переменная	Коэффициент регрессии	Стандартная ошибка	Т – значение	Уровень значимости	Доля влияния фактора, %
Соль-Илецкий ГСУ, 1940-2000 гг.
У-пересечение	1866,5	293,3	6,3	0,000	-
Ln (d_6+7)	-218,4	30,8	-7,0	0,000	40,2
(к_8п•9п)2	-251,8	44,6	-5,6	0,000	11,1
(d_7•8)	110,3	18,5	5,9	0,000	5,1
Ln (t_7+8)	-483,0	95,5	-5,0	0,000	3,9
Ln (О_7+8)	27,2	7,1	3,8	0,000	4,3
(к_5•6)2	306,3	64,5	4,7	0,000	5,3
О_9п+10п	0,613	0,14	4,2	0,000	1,9
(t_2)2	-0,121	0,034	-3,5	0,000	2,4
(О_11п)	-19,0	3,6	-5,1	0,000	2,6
Ln (О_11п+12п)	42,5	9,5	4,4	0,000	6,6
Для полной регрессии: R2 = 83,4%; стандартная ошибка оценки =27,5; Р = 0,000
Адамовский ГСУ, 1940 - 1990 гг.
У-пересечение	417,6	57,9	7,2	0,000	-
(t_5+6)2	-0,136	0,019	-7,1	0,000	35,4
К_6+7	84,2	13,5	6,2	0,000	16,5
(О_2)	15,0	2,4	6,2	0,000	6,4
О_9п+10п	-6,0	0,7	-8,0	0,000	1,9
(О_9п+10п)2	0,054	0,006	8,1	0,000	10,7
Ln (d_8•9)	-41,0	8,9	-4,5	0,000	5,0
Ln (О_7•8)	-10,4	3,5	-2,9	0,005	3,1
d_8п+9п	6,2	0,9	6,5	0,000	11,4
Для полной регрессии: R2 = 90,4%; стандартная ошибка оценки =20,4; Р = 0,000

Из данных указанной таблицы видно, что комплекс метеорологических показателей, описывающих дисперсию урожайности зерна, в значительной степени отличается специфичностью для каждого сортоучастка.

Приведенные в таблице 4 результаты по своей информативности значительно богаче интуиции земледельца, поскольку показывают влияние не только очевидных факторов.

Так, например, в сухостепной зоне (Соль-Илецкий ГСУ) доля влияния осенне-зимних осадков на разброс (рассеяние) значений величины урожайности составила: (О_9п+10п ) + (О_11п) + Ln (О_11п+12п) = 11,1%.

В степной Казахстанской провинции их вклад в варьирование урожайности характеризуется (О_2) + (О_9п+10п) + (О_9п+10п)2 = 19% случаев.

Кроме того, в южной лесостепи Предуральской провинции осадки зимнего периода, то есть в виде снега, - (О_11п+12п+1) и О_12п - детерминируют всего 10,9% дисперсии урожайности зерна, т.е. примерно один раз в 10 лет.

Для пшеницы основными элементами структуры урожая, при любой его величине, являются: количество продуктивных стеблей на единицу площади, число зерен в колосе и масса 1 зерна. Адекватное описание зависимости урожайности от элементов структуры урожая представлено в таблице 5.

5. Доля влияния элементов структуры на урожайность яровой

твердой пшеницы в степи и южной лесостепи Оренбургского Приуралья

Независимая переменная	Коэффициент регрессии	Уровень значимости	Доля влияния фактора, %	Коэффициент корреляции
Аксаковский ГСУ, 1940-1996 гг.
У-пересечение	-328,767	0,000	-	-
Масса 1000 зерен, г	5,022	0,000	27,8	0,52
Зерен в колосе, шт.	11,068	0,000	28,9	0,55
Продуктивных колосьев, шт./м2	0,478	0,000	37,3	0,69
Для полной регрессии: R2 = 94,0%; уровень значимости = 0,000
Соль-Илецкий ГСУ, 1940-1996 гг.
У-пересечение	-189,853	0,000	-	-
Масса 1000 зерен, г	4,525	0,000	58,0	0,76
Зерен в колосе, шт.	7,704	0,000	24,8	0,83
Продуктивных колосьев, шт./м2	0,203	0,000	10,4	0,11
Для полной регрессии: R2 = 93,2%; уровень значимости = 0,000

Хотя урожайность яровой пшеницы обусловлена тремя выше указанными компонентами, прибавка же урожайности создается за счет аддитивного влияния различий этих компонентов у сравниваемых сортов. Эти различия выражаются как отношение компонента структуры урожая более продуктивного сорта к тому же компоненту менее продуктивного сорта:

где Ky – компонент структуры урожая более урожайного сорта; Kx – то же, но у менее урожайного сорта. Величина Js получила название индекса селектируемого признака (В.Е. Тихонов, 2002).

Роль индексов в детерминации дисперсии прибавки урожайности значительно отличается от роли элементов структуры урожая в определении разброса значений самой урожайности (табл. 6). Так, если доля влияния озерненности колоса на дисперсию урожайности зерна на Аксаковском ГСУ составляет 28,9% случаев, то доля влияния индекса этого селектируемого признака составляет 53,7% случаев (т.е. примерно 32 года из 61).

6. Вклад индекса селектируемого признака в превышение урожайности зерна яровой твердой пшеницы в степи и южной лесостепи Оренбургского Приуралья

Независимая переменная		Коэффициент регрессии	Уровень значимости		Доля влияния фактора %	Коэффициент корреляции
Аксаковский ГСУ, 1940-1996 гг.
У-пересечение	-318,2		0,000		-	-
J масса 1000 зерен, г	1,16		0,000		13,5	0,37
J продуктивных колосьев, шт./м2	2,58		0,000		15,9	0,28
J количество зерен в колосе, шт.	1,06		0,000		53,7	0,06
(J продуктивных колосьев, шт./м2)2	-0,006		0,000		12,3	0,29
Для полной регрессии: R2 =95,4%; уровень значимости = 0,000
Соль-Илецкий ГСУ, 1940-1996 гг.
У-пересечение	-321,1			0,000	-	-
(J количество зерен в колосе, шт.)2	-0,005			0,000	11,7	0,34
J количество зерен в колосе, шт.	2,43			0,000	3,1	0,37
J продуктивных колосьев, шт./м2	1,05			0,000	24,1	0,05
J масса 1000 зерен, г	1,25			0,000	55,7	0,15
Для полной регрессии: R2 =94,6%; уровень значимости = 0,000

На Соль-Илецком ГСУ индекс количества зерен в колосе входит в модель в квадратичной форме. Расчетный оптимум данного параметра находится на уровне 130…140%, при этом индекс урожайности составляет около 130%, т.е. прибавка урожайности в отдельные годы может достигать 30% (рис. 1).

Коэффициенты корреляции между данными изучаемыми признаками довольно низкие.

Рис. 1. Зависимость прибавки урожайности зерна яровой твердой пшеницы от индекса озерненности колоса на Соль-Илецком ГСУ

Во многих случаях они не отражают сравнительную оценку вклада того или иного индекса, т.е. низкому коэффициенту корреляции может соответствовать высокая доля влияния фактора и наоборот. В таких случаях преимущество многомерного анализа неоспоримо.

2. Влияние абиотических факторов на качество зерна яровой твердой пшеницы и готовых макаронных изделий

Внешняя среда оказывает существенное влияние на качество зерна твердой пшеницы. Анализ проведен по одному сорту пшеницы Харьковская 46.

В лесостепной зоне Предуральской провинции на типичных черноземах (Аксаковский ГСУ) на содержание белка и клейковины значительное влияние оказывают осадки летнего периода и дефицит влажности воздуха июля (табл. 7).

Летними погодными условиями объясняется также большая часть дисперсии потерь сухого вещества при варке макарон. Варьирование коэффициента разваримости макарон, как по объему, так и по весу обусловлено в значительной степени осадками зимнего периода.

В степной зоне Заволжской провинции на обыкновенных черноземах (Тоцкий ГСУ) резко выражена роль погоды осенне-зимнего периода предшествующего года. Ее вклад в дисперсию величины белковости зерна составляет 86,9%, при этом осадки сентября влияют отрицательно.

Не только качество зерна, но и качество готовых макарон формируется под сильным влиянием осенне-зимних погодных условий под урожай будущего года. Температура января и февраля имеет обратную связь с потерями сухого вещества при варке макарон и, особенно, с коэффициентом разваримости макарон по весу.

7. Влияние погодных факторов на формирование качества зерна яровой твердой пшеницы в природных зонах Оренбургского Приуралья

Предикторы (факторы погоды)	Коэффициент регрессии	Уровень значимости		Доля влияния, %	Коэффициент корреляции
Аксаковский ГСУ, 21 год наблюдений
Модель для предиктанта: содержание белка в зерне
Свободный член	9,099	0,000		-	-
Ln(d_7)	3,883	0,000		55,6	0,74
(О_4) (О_5)	-0,031	0,005		14,4	-0,56
(t_6)2	-0,005	0,048		6,3	-0,23
Для полной регрессии: R2 = 0,763; стандартная ошибка оценки = 1,05;
Модель для предиктанта: потери макарон при варке
Свободный член	6,111	0,000		-	-
(d_7)2	-0,005	0,000		37,8	-0,61
(О_4)	0,170	0,000		18,6	0,51
(t_6)2	0,002	0,003		17,5	0,28
Ln(О_7)	-0,225	0,009		9,2	-0,17
Для полной регрессии: R2 = 0,831; стандартная ошибка оценки = 0,27;
Тоцкий ГСУ, 10 лет наблюдений
Модель для предиктанта: содержание белка в зерне
Свободный член	16,772	0,000		-	-
(О_9п )2	-0,0006	0,002		57,2	-0,75
(О_10п )2	0,005	0,005		29,7	0,67
Для полной регрессии: R2 = 0,869; стандартная ошибка оценки = 0,51;
Модель для предиктанта: потери макарон при варке
Свободный член	9,015		0,000	-	-
Ln(d_9п)	-1,635		0,000	71,8	0,84
(t_2)2	-0,002		0,018	16,1	-0,44
Для полной регрессии: R2 = 0,879; стандартная ошибка оценки = 0,22;
Адамовский ГСУ, 17 лет наблюдений
Модель для предиктанта: содержание белка в зерне
Свободный член	30.233	0.000		-	-
( t_8п )	-6.148	0.002		12.0	-0.34
d_8п	0.437	0.001		18.1	0.03
Ln(d_7)	3.313	0.002		33.3	0.47
(о_4)2	0.0008	0.044		10.8	0.37
Для полной регрессии: R2 = 0.742; стандартная ошибка оценки = 0.70;
Модель для предиктанта: потери макарон при варке
Свободный член	5.506	0.000		-	-
(d_8п )2	-0.013	0.000		28.6	-0.53
(t_8п )2	0.009	0.001		28.0	-0.02
Ln(о_7)	-0.511	0.003		21.3	-0.49
Для полной регрессии: R2 = 0.779; стандартная ошибка оценки = 0.36;

И только разваримость макарон по объёму в 58.2% случаев детерминируется осадками июля.

В степной Казахстанской провинции (Адамовский ГСУ) хорошо просматривается роль погоды августа предшествующего года в объяснении дисперсии величин содержания белка и клейковины в зерне и потерь сухого вещества при варке макарон, а также таких месяцев, как октябрь и ноябрь, в варьировании показателя разваримости макарон.

Стандарты на заготовляемое зерно твёрдой пшеницы содержат требования к показателям свойств зерна, которые являются признаками косвенной оценки качества готовых макарон. По результатам проведённых исследований (приводятся в диссертации) можно сделать вывод, что стекловидность и объёмная масса (натура) зерна твёрдой пшеницы информации о варочных свойствах макарон не несут.

Содержание белка и количество клейковины в зерне в средней степени характеризуют кулинарные свойства готовых макаронных изделий. С их помощью удаётся объяснить (в совокупности) 70…80% дисперсии показателей качества готовых макарон. Взятый в отдельности каждый из этих признаков в слабой степени детерминирует кулинарные свойства готовых изделий из зерна твёрдой пшеницы. При этом связь между указанными признаками качества зерна и макарон всегда отрицательная. Увеличение содержания белка и клейковины в зерне ведёт к уменьшению потерь сухого вещества при варке макарон в условиях Предуральской и Заволжской провинций и уменьшает разваримость макарон по объёму в условиях Оренбургского Зауралья.

3. Влияние биотических факторов поражения на урожайность и

качество зерна яровой твердой пшеницы

Патогены, объединенные в консортные патологические системы, характеризуются значениями вредоносности, отличными от вредоносности отдельных видов патогенов (Н.А. Вилкова, 2000). Поэтому важнейшим направлением совершенствования интегрального подхода в защите растений является переход к изучению влияния на урожай не только отдельных вредных видов, но и всего их комплекса (М.М. Левитин и др., 1999).

Наиболее часто вредоносные виды наблюдались в лесостепной зоне. В степной зоне Заволжской провинции такие вредные организмы, как мучнистая роса и гессенская муха, не наблюдались. С учетом степени поражения, превышающей экономический порог вредоносности, в сухостепной зоне не имели значения следующие вредные организмы – мучнистая роса, шведка, гессенка и хлебный пилильщик. Более активен здесь был клоп-черепашка.

В условиях степной зоны Казахстанской провинции посевы яровой твердой пшеницы в основном поражались пыльной головней и значительно реже шведской мухой. В результате, четко просматривается уменьшение частоты проявления болезней и вредителей на посевах пшеницы от лесостепной к степной зоне.

На сорте Харьковская 46 за 40 лет наблюдений получены результаты, показанные на рисунке 2. Установлена параболическая форма зависимости урожайности зерна от повреждающего действия шведской и гессенской мухами.

Принимая во внимание теоретическое течение функции (сплошная линия на рисунке), можно утверждать, что поражение посева яровой пшеницы указанными вредителями до 30% может привести к потерям зерна до 10 ц/га относительно оптимума этой функции. Эта зависимость оказалась, как было сказано выше, криволинейной. Доказательство криволинейности проводилось путём оценки по F-критерию влияния криволинейности на систему отклонений от регрессии (Дж. У. Снедекор, 1961). Информация, которую несут остальные биотические факторы вредоносного комплекса в этой зоне, оказалась незначимой. Она перекрывается информацией о влиянии на урожайность вредных организмов, приведённых на рисунке 2. За 40 лет наблюдений вклад скрытостебельных вредителей в дисперсию урожайности зерна составил около 40%.

Восходящая ветвь куполообразной кривой в наших исследованиях выступает в качестве сигнальной информации о благополучно складывающихся взаимоотношениях растения-хозяина и вредного организма, которые позволяют выживать и тому, и другому. Такое состояние равновесия в природе нарушается под влиянием резких колебаний факторов окружающей среды. И отсутствие негативного влияния паразитического вида меняется на вредоносное.

Это самая общая модель, но она предполагает, что всё разнообразие взаимодействий хозяин – вредный организм можно будет объяснить на основе изучения экологии рассматриваемых видов. Представленный нами статистический подход к оценке экономического порога вредоносности биотических факторов в биоценозе твёрдой яровой пшеницы является дополнительной методологической основой разработки интегрированного подхода к решению проблем защиты растений (В.Е. Тихонов, К.В. Митрофанов, 2003)

Рис. 2. Зависимость урожайности зерна яровой твердой пшеницы

от поражения вредителями на Аксаковском ГСУ, 1956-1996 гг.

В таблице 8 рассматривается влияние погодных условий на развитие вредоносного комплекса.

8. Влияние погодных условий на развитие болезней и вредителей в биоценозе яровой твердой пшеницы на Аксаковском ГСУ (1958-1997 гг.)

Факторы погоды, влияющие на развитие шведской мухи	Доля влияния фактора, %	Коэффициент корреляции	Факторы погоды, влияющие на развитие гессенской мухи	Доля влияния фактора, %	Коэффициент корреляции
1. t_2·3	2,04	-0,14	1. d_2·3·4	24,82	0,49
2. t_2+3+4+5	3,59	-0,02	2. О_VI	6,35	-0,03
3. t_4·5	15,23	0,05	3. О_V	7,12	-0,41
4. t_X(n)	27,93	-0,39	4. Ln(d_4)	6,01	0,20
5. О_XII(n)	11,20	0,19	5. О_2·3·4	14,30	-0,28
6. t_VII	4,52	0,09	6. О_IV	11,42	-0,26
7. О_X(n)	6,97	0,22	7. Ln(d_6)	7,43	0,11
Итого (R2), %	71,48			77,45

В модель подбирались только значимо влияющие предикторы. Коэффициенты корреляции показывают направление связи между компонентами погоды и развитием вредных организмов. Во всех случаях эта связь носила линейный характер.

В данной таблице индексы арабского начертания при переменных означают порядковый номер декады, начиная с декады всходов изучаемой культуры. Индексы римского начертания означают номер месяца.

Развитие шведской мухи на сорте Харьковская 46 в большей степени определяется температурой воздуха и осадками за осенне-зимний период предшествующего года; развитие гессенской мухи удовлетворительно удаётся описать влиянием осадков и дефицитом влажности воздуха за вегетационный период. Отрицательный знак у коэффициента корреляции указывает на сдерживающее влияние данных погодных факторов на развитие вредителя.

В комплексных моделях исследовалось совместное влияние погодных факторов, болезней и вредителей. Для твёрдой пшеницы выявлено влияние головни и ржавчины (доля = 4.99 + 3.10 = 8.09%). По другим вредным организмам отсутствие влияния можно объяснить как незначительным их поражающим воздействием, так и перекрыванием их информации информацией от погодных факторов. Последнее представляется более вероятным (В.Е. Тихонов и др., 2003).

Фрагмент анализа влияния биотического комплекса поражения на формирование качества готовых макарон для южной лесостепи Предуральской провинции представлен в таблице 9.

9. Влияние биотических факторов на потери при варке макарон из твердой пшеницы (южная лесостепь Предуральской провинции, 17 лет наблюдений)

Предикторы (биотические факторы)	Коэффициент регрессии	Уровень значимости	Доля влияния фактора, %	Коэфф. корреляции
Свободный член	4,991	0,00	-	-
(Клоп-черепешка)(пилильщик)	0,049	0,00	19,39	0,440
(Пилильщик)+(мучнистая роса)	0,139	0,00	26,46	0,673
[(Пилильщик)+(мучнистая роса)]2	-0,003	0,00	34,57	0,547
Для полной регрессии: R2 = 80,4%; уровень значимости = 0,000

Основная доля влияния в этой модели приходится на пару вредных организмов – хлебный стеблевой пилильщик и мучнистую росу. Их вклад в объясненную дисперсию составляет 26,46+34,57=61,03% случаев, т.е. в 10 годах из 17 учтенных лет. При этом парное влияние пилильщика и мучнистой росы на потери сухого вещества при варке макарон при графическом изображении представляет собой параболу: потери возрастают при увеличении количества поврежденных растений яровой твердой пшеницы до 25-30%. После достижения этого порога повреждения отмечается тенденция к снижению потерь сухого вещества.

4. Параметры агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы

При создании сортов для степной зоны засухоустойчивость рассматривается как более высокая и более устойчивая урожайность полноценного зерна. Засухоустойчивость, являясь наследственным свойством, по-разному проявляется в зависимости от характера действия неблагоприятных условий. Повышение урожайности яровой пшеницы в условиях степи и южной лесостепи Оренбургского Приуралья возможно путем усиления всех элементов, определяющих структуру урожая, так как развиваются они в разное время, и заранее неизвестно, какому из них будут благоприятствовать непостоянные метеорологические условия.

Анализ влияния условий внешней среды по степени снижения продуктивности районированных сортов относительно наиболее урожайного года (биологических признаков, элементов структуры урожая, показатели качества зерна) позволил автору диссертации обосновать параметры модели сортов для изучаемой территории.

Модель нового сорта яровой пшеницы предполагает формирование биотипа, который бы реализовал указанные параметры для различных типов засухи, т.е. чтобы он превосходил по урожайности современные районированные сорта в этих условиях на 10…15%. В диссертации приводятся разработанные модели агроэкотипа сорта для трех природно-климатических зон Оренбургского Приуралья. Для сухостепной Заволжской провинции такая модель, оптимизирующая соответствующие характеристики элементов продуктивности на современном этапе, демонстрируется ниже (табл. 10).

10. Основные параметры модели агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы для сухостепной зоны Заволжской провинции

Хозяйственно-биологические и морфологические признаки	Параметры признаков сорта
	Благо- приятный год	Слабая засуха	Средняя засуха	Сильная засуха	Очень сильная засуха
1	2	3	4	5	6
Урожайность зерна, ц с 1га	29-35	18-23	14-17	9-12	4-6
Биологические признаки
Период всходы – восковая спелость, дни	82-93	78-85	75-82	73-81	71-80
Период всходы – колошение, дни	43-49	41-44	40-43	39-42	38-40
Высота растений, см	95-110	85-96	80-90	68-76	55-63
Полегаемость, балл	4,0	4,0	4,0	4,0	4,0
Засухоустойчивость, балл	4,0	4,0	4,5	4,5	4,5
Устойчивость к фитофагам	выше экономического порога вредоносности
Структура урожая
Число продуктивных стеблей, шт./м2	380-390	310-348	320-330	310-330	260-280
Количество зерен в колосе, шт.	18-20	15-18	12-13	9-10	6-7
Масса 1000 зерне, г	43-45	40-41	38-41	35-37	30-33
Качество зерна
Стекловидность, %	85 и более
Объемная масса, г/л	Не менее 770
Содержание клейковины в зерне, %	28 и выше
Цвет макарон	желтый
Коэффициент разваримости для макарон по объему, ед.	3,1-4,5
Коэффициент разваримости для макарон по массе, ед.	3,0-4,5
Прочность макарон, г	более 800
Общая оценка, балл	> 4,0

5. Экономическая эффективность возделывания оптимального агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы

Создание и ускоренное внедрение в производство оптимального агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы в каждой природной зоне Оренбургского Приуралья обеспечит прибавку валового сбора зерна без дополнительных затрат, что гарантирует высокий экономический эффект.

Взяв среднюю за все годы исследования (включающие засухи различной интенсивности) прибавку при внедрении оптимального агроэкотипа яровой твердой пшеницы 15%, что для южной лесостепи составляет 2,4, а для степной Казахстанской провинции 1,6 ц зерна с 1 га, и, используя вероятность формирования классного зерна, получим дополнительную прибыль с 1 гектара. Дополнительная расчетная прибыль от внедрения агроэкотипа сорта с оптимальными параметрами при использовании региональных закупочных цен 2004 года составляет для южной лесостепи Оренбургского Приуралья 1291, для степной зоны изучаемой территории 921 руб. с га; при использовании региональных закупочных цен 2005 года соответственно 1110 и 790 руб. с 1 га.

Выводы

1. В большинстве почвенно-растительных зон Оренбургской области поэтапная сортосмена яровой твёрдой пшеницы способствовала продвижению в производство более приспособленных к экологическим условиям выращивания, т.е. более продуктивных сортов. Успехи в поэтапной сортосмене могут быть более ощутимыми в случае разработки и реализации локальных селекционных программ для конкретных регионов.

2. Комплекс метеорологических показателей, описывающих дисперсию урожайности зерна, в значительной степени отличается специфичностью для каждой природной зоны. Эта специфичность характеризуется различным набором погодных элементов и долей влияния каждого из них на результирующий признак. Количество влияющих эффектов (на входе модели) довольно велико. При этом удается описать 70…90% разброса значений урожайности зерна.

3. Тренд урожайности яровой пшеницы в степной зоне Урала обусловлен в значительной степени трендом осадков. В Предуралье это осадки летнего периода (июнь-август), в Зауралье – это осадки холодного периода года (октябрь-апрель). Их вклад в дисперсию тренда урожайности в указанных зонах - 78,92 и 83,35% соответственно.

4. В условиях Оренбургского Приуралья доля влияния элементов структуры урожая на дисперсию продуктивности сортов не отражает закономерности формирования прибавки урожайности в селекционном процессе. Фактически она (прибавка) детерминируется долей влияния так называемого индекса селектируемого признака.

5. В лесостепной зоне Предуральской провинции на содержание белка и клейковины значительное влияние оказывают осадки летнего периода; качество макарон зависит от осадков как летнего, так и зимнего периода.

В степной зоне Заволжской провинции вклад осадков осенне-зимнего периода в дисперсию содержания белка составляет 86,9%, при этом осадки сентября влияют отрицательно. Варьирование содержания клейковины в зерне зависит от температуры октября предшествующего года; сухого остатка при варке макарон – от дефицита влажности воздуха сентября этого же периода.

В степной зоне Казахстанской провинции разброс величины качества зерна обусловлен в основном варьированием погоды за вегетационный период.

6. В Оренбургском Приуралье содержание белка и клейковины в зерне в совокупности объясняют 70…80% дисперсии показателей качества готовых макарон. Взятый в отдельности каждый из этих признаков в слабой степени определяет кулинарные свойства готовых изделий из зерна твёрдой пшеницы.

7. Основными болезнями и вредителями в лесостепной зоне Предуральской провинции, из числа изученных нами, оказались шведская и гессенская мухи с экономическим порогом вредоносности 14…16%. Суммарно они определяют около 40% варьирования величины урожайности зерна изучаемой культуры.

8. Вариация объемной массы (натуры), стекловидности и белковости зерна в южной лесостепи удовлетворительно (от 73 до 89%) описывается сложным комплексом болезней и вредителей: пыльная головня, ржавчина, мучнистая роса, гессенка, шведка, яровая муха, пилильщик. Потери сухого вещества при варке макарон на 80,4% объясняются совместным влиянием клопа-черепашки, пилильщика и мучнистой росы.

9. С целью повышения урожайности зерна на 10…15% в условиях засух различной интенсивности разработаны параметры агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы. Для их реализации на современном этапе предусматривается использование индексов селектируемых признаков всех элементов структуры урожайности.

Предложения производству и селекционной практике

1. Дополнительная прибыль обеспечивается возделыванием оптимального агроэкотипа сорта данной культуры в каждой природной микрозоне. Гарантия успеха - объективная и оперативная сортосмена. При этом большего успеха в производстве зерна можно добиться, используя в хозяйстве три сорта, имеющих каждый свой оптимальный индекс селектируемого признака.

2. В селекционном процессе пшеницы твердой в Оренбургском Приуралье следует учитывать, что прибавку урожайности можно получить как за счет использования всех индексов селектируемых признаков у одного сорта, так и за счет выведения нескольких сортов, лучше использующих ресурсы влаги и тепла в различные отрезки вегетационного периода за счет преимущества отдельных индексов селектируемых признаков.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Тихонов, В.Е. Статистический подход к определению экономического порога вредоносности биотических факторов поражения в фитоценозе яровой твердой пшеницы на Южном Урале / В.Е. Тихонов, К.В. Митрофанов // Развитие инновационных процессов в агропромышленном комплексе Оренбургской области: материалы регион. науч.-производ. конференции. – Оренбург, 2003. – С. 129-132.

2. Тихонов, В.Е. Этапы формирования агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы в степной зоне Урала / В.Е. Тихонов, К.В. Митрофанов // Наука и хлеб: сб. науч. тр. – Оренбург, 2003. – С. 19-32.

3. Митрофанов, К.В. Результаты сортосмены яровой твердой пшеницы в Оренбургской области / К.В. Митрофанов // Материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. – Оренбург, 2003. – Ч. 3. – С. 12-14.

4. Митрофанов, К.В. Влияние агроклиматических факторов на качество зерна яровой твердой пшеницы на южном Урале / К.В. Митрофанов // Материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. – Оренбург, 2004. – Ч. 3. – С. 93-94.

5. Тихонов, В.Е. Тенденции многолетнего хода количества выпадающих осадков и динамика урожайности яровой пшеницы в степной зоне Урала / В.Е. Тихонов, К.В. Митрофанов // Проблемы целинного земледелия: сб. науч. тр. к 50-летию начала освоения целинных земель. – Оренбург, 2004. – С. 188-193.

6. Тихонов, В.Е. Вредоносный комплекс биотических факторов поражения яровой пшеницы в лесостепной зоне Оренбургского Предуралья / В.Е. Тихонов, О.А. Кондрашова, К.В. Митрофанов // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 2005. – № 3. - С. 34-37.

7. Тихонов, В.Е. Влияние погодных факторов на формирование качества зерна яровой твердой пшеницы в природных зонах Оренбургского Приуралья / В.Е. Тихонов, М.П. Долгалев, К.В. Митрофанов // Вестник Оренбургского государственного университета, 2005. - № 9. – С. 147-150.

Митрофанов Константин Владимирович

Продуктивность и обоснование параметров агроэкотипа сорта яровой твердой пшеницы в степи и южной лесостепи Оренбургского Приуралья

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Подписано к печати 23.06.2006 г. Формат 60х84 1/16

Объем 1 усл. печ. л. Заказ № 21. Тираж 100 экз. ПМГ Оренбургский НИИСХ

460051, г. Оренбург, пр. Гагарина, 27/1