Оценка реакций сортов яровой мягкой пшеницы на техногенные, абиотические и биотические факторы среды в лесостепи среднего поволжья

На правах рукописи

Головоченко Николай Анатольевич

ОЦЕНКА РЕАКЦИЙ СОРТОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

НА ТЕХНОГЕННЫЕ, АБИОТИЧЕСКИЕ И БИОТИЧЕСКИЕ

ФАКТОРЫ СРЕДЫ В ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 06.01.05 – Селекция и семеноводство

сельскохозяйственных растений

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

Академик РАСХН, Заслуженный Агроном РФ,

доктор с.-х. наук, профессор

Глуховцев В.В.

Кинель - 2010

Работа выполнена в ГНУ «Поволжский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства имени П.Н. Константинова» Российской академии сельскохозяйственных наук в 2003-2008 гг.

Научный руководитель:

академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, Заслуженный Агроном РФ

Глуховцев Владимир Всеволодович

Официальные оппоненты:

доктор с.-х. наук, профессор

Кошеляев В.В.

кандидат с.-х. наук

Захаров В.Г.

Ведущая организация: ГНУ Самарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им.Н.М. Тулайкова

Защита диссертации состоится «___» _____________ 2010 года в _______ часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.058.01 при ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия».

Адрес: 446442, Самарская область, г. Кинель, пгт. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 1, ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», с авторефератом – на сайте СГСХА http://www.ssaa.ru.

Автореферат разослан «___» ____________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат биологических наук,

профессор Г.К. Марковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Требование к стабильности производства зерна пшеницы продовольственного использования в объеме, удовлетворяющем потребности населения Среднего Поволжья Российской Федерации, является ведущим условием проводимой в регионе адаптивной селекции яровой мягкой пшеницы.

Концепция комплексной селекции культуры основывается на оценке сопряженного воздействия на растения совокупности факторов абиотической и биотической природы и отборе наиболее приспособленных растений, формирующих в широком спектре величин факторов зерно высокого качества при максимальной продуктивности. Успех селекции зависит от развития методов оценки и анализа приспособленности селекционного материала к условиям внешней среды. Изучение изменчивости адаптивных реакций сортов позволяет вести отбор на сочетание устойчивости яровой пшеницы к стрессовым и отзывчивости к благоприятным уровням факторов внешней среды.

Актуальным направлением исследований является селекция сортов в питомниках конкурсного и экологического сортоиспытания по урожаю и качеству зерна с учетом факторов природного и техногенного происхождения и определение диапазонов их значений, оптимальных для возделывания новых сортов, передаваемых в государственное испытание.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в изучении закономерностей формирования адаптивной изменчивости урожая и качества зерна новых сортов яровой мягкой пшеницы на фоне широкого спектра техногенных, абиотических и биотических факторов внешней среды в лесостепи Среднего Поволжья.

Задачи исследований включали следующие актуальные вопросы:

- определить уровень модификационной изменчивости урожая и показателей качества зерна новых сортов яровой пшеницы, определяемый их адаптацией к условиям внешней среды в лесостепи Среднего Поволжья;

- изучить закономерности формирования адаптивной изменчивости урожайности и качества зерна сортов яровой пшеницы на фоне широкого спектра техногенных, абиотических и биотических факторов внешней среды;

- определить агроэкологические условия возделывания новых сортов яровой мягкой пшеницы и дать оценку их отзывчивости на уровень минерального питания.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья изучены закономерности проявления адаптивных реакций сортов яровой мягкой пшеницы на комплекс факторов внешней среды по урожайности и качеству зерна и определены значения ведущих абиотических факторов вегетации, влияющих на уровень качества зерна новых сортов Кинельская нива, Кинельская отрада, Золотица.

Усовершенствован метод селекции на основе анализа генотипов по сочетанию различий среднемноголетних величин, модификационной изменчивости и характера многофакторной связи урожайности и показателей качества зерна с условиями вегетации.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) особенности модификационной изменчивости урожайности и показателей качества зерна новых сортов яровой мягкой пшеницы на фоне различных техногенных и природных факторов внешней среды в лесостепной зоне Средневолжского региона;

2) закономерности проявления адаптивных реакций по продуктивности и качеству зерна создаваемых сортов яровой пшеницы в многофакторном спектре условий вегетации культуры в лесостепи Среднего Поволжья.

Практическая значимость работы. Для повышения результативности селекционной работы на этапе изучения сортового материала в питомниках контрольного, конкурсного и экологического сортоиспытания, агротехнических опытов рекомендуется оценивать величину модификационной изменчивости урожайности, показателей качества зерна, характер зависимости их от ведущих факторов внешней среды в Средневолжском регионе: осадков, суммы среднесуточных температур воздуха по периодам вегетации, комплексу биотических факторов и плодородия почвы.

Товарному производству лесостепной зоны Средневолжского региона для повышения и стабилизации сбора продовольственного зерна рекомендуется увеличить площади посевов высокопродуктивных, пластичных сортов яровой мягкой пшеницы Кинельская нива и Кинельская отрада.

Для использования в качестве источников высокой адаптивности и устойчивости к комплексу стрессовых факторов внешней среды, стабильности урожая, высокого качества зерна предлагаются новые сорта селекции Поволжского НИИСС имени П.Н. Константинова Кинельская нива, Кинельская отрада, Кинельская краса, по отзывчивости на внесение минеральных удобрений - Кинельская 60, Золотица.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на международных научно-практических конференциях в Самарской ГСХА (2005-2008 гг.), Оренбургском ГАУ (2006-2008 гг.), Поволжском НИИСС им. П.Н. Константинова (2005, 2007 гг.), РГП «НТЦ зернового хозяйства им. А.И.Бараева», Шортанды, Казахстан (2006 г.), 2-ой Вавиловской международной конференции, ВИР, Санкт-Петербург (2007 г.), международной научной конференции «Роль Вавиловской коллекции генетических ресурсов растений в меняющемся мире», ВИР, Санкт-Петербург (2009 г.), научно практической конференции молодых ученых, НИИСХ Юго-Востока (2010г.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 15 научных статей, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций производству, 6 приложений. Работа изложена на 175 страницах компьютерного текста, включает 46 таблиц, 19 рисунков. Список литературы содержит 245 наименований, в том числе 21 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Ресурсные факторы лесостепи Среднего Поволжья в формировании урожая и качества зерна яровой пшеницы (обзор литературы). Проведен анализ объемов производства и сортового состава яровой и озимой пшеницы, возделываемых в Самарской области и Средневолжском регионе; классифицированы факторы жизни растений; показана связь фотосинтеза с факторами внешней среды растений и их сортовыми особенностями; сделан обзор данных связи урожая с почвенным плодородием и эффективности удобрений в регионе; описаны способы оценки энергетической эффективности сортов; дан анализ особенностей температурного и водного режимов вегетации яровой пшеницы в Самарской области; приведены ведущие биотические факторы посевов яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья; проведен обзор оценок вкладов факторов внешней среды в модификационной изменчивости урожайности, элементов продуктивности растений и качества зерна яровой пшеницы в 7 регионе.

2. Методика и условия проведения исследований.

Методика проведения исследований. Для решения поставленных задач были проведены в Поволжском НИИ селекции и семеноводства им. П.Н. Константинова полевые и лабораторные опыты в течение 2003-2008 гг.

Из множества факторов периода вегетации яровой пшеницы учитывались ведущие в Средневолжском регионе абиотические факторы тепло- и влагообеспеченности по периодам развития растений и наиболее вредоносные болезни и вредители. Технологические факторы были представлены спектром доз минеральных удобрений (50-280 кг д.в. NPK на 1 га); нормами высева 4,0; 5,0; 6,0 млн. семян на 1 га; сортами яровой мягкой пшеницы Прохоровка, Кинельская 60, Кинельская 61, Кутулукская, Кинельская нива, Кинельская отрада, Кинельская краса, Золотица, Тулайковская 5, Эритроспермум 5032/1, Альбидум 4412.

Полевые опыты были организованы блоками в 4-х повторениях. Ежегодно блок включал набор из 18-45 вариантов опыта. Варианты были представлены сочетанием факторов: А – дозы минеральных удобрений, В – нормы высева, С – сорта. Расположение вариантов в повторениях было принято систематическое. Варианты опытов размещались на делянках 25,5 м2. Посев осуществлялся 10 рядковой сеялкой СКС-6-10, модернизированной конусным порционным аппаратом высева. Минеральные удобрения (азофоска, мочевина, аммофос, хлористый калий в смеси) вносились перед культивацией. Уборка делянок проводилась комбайном Сампо 130, предварительно отбирались снопы с площадок 2 м2 для анализа структуры урожайности по вариантам.

Площадь листовой поверхности и сухая биомасса растений определялись в 2003, 2004 гг. по 5 срокам учета с интервалом 10 дней по методике К.В. Ливанова (1985). В полевых условиях учитывались урожайность, даты фаз роста и развития растений, число всходов, растений и продуктивных стеблей к уборке, степень поражения растений листовыми грибными инфекциями.

В лабораторных условиях определялись элементы структуры урожая, степень поражения растений корневыми гнилями, фотосинтетические показатели, технологические и хлебопекарные показатели качества зерна. Метеоданные были получены с метеопоста Самарской ГСХА.

При организации и анализе опытов использовались методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур, (1971, 1985); методика по организации и учету вредных организмов (1993); методика полевого опыта (Доспехов Б.А., 1985); методические разработки по основам научных исследований в агрономии (Глуховцев В.В. и др., 2006); агроэнергетическая оценка технологий возделывания полевых культур в Среднем Поволжье (Васин В.Г. и др., 2004).

Для статистической обработки опытных данных были использованы программы «Статистика» Самарской ГСХА, «Агрос 2» (автор д.б.н. Мартынов С.П.), «Нелинейная регрессия и аппроксимация» Оренбургского НИИСХ, Exel 7.0, Windows XP.

Особенности абиотической и биотической среды вегетации яровой пшеницы в 2003-2008 гг. Потенциал урожайности культуры. Различия лет в наибольшей степени проявились по сумме осадков: в период «всходы - колошение» (ПВК) интервал осадков по годам составил 118,3-13,7 мм, в период «колошение – восковая спелость зерна» (ПКВС) 154,1- 30,8 мм, в период «всходы - восковая спелость зерна» 79,3-231,7 мм (Рис.1).

Рис.1. Сочетание сумм среднесуточных температур воздуха и осадков за

период вегетации яровой пшеницы в 1997, 1998, 2003-2008 гг.

В результате исследований разработан индексный метод оценки условий внешней среды. Индекс биотических факторов сорта (ИБс) выражает усредненную степень значений комплекса из К биотических факторов, воздействовавших на растения сорта в текущем году, по отношению к максимально возможной их величине, принятой за 100%. Диапазон величин ИБс составляет 0-1,0. Индекс абиотических факторов сорта (ИАс) выражает степень отличия данного года для данного сорта от экстремального года в регионе по величине гидротермического коэффициента (ГТК). Индекс внешней среды сорта (ИВСс) интегрирует воздействия на растения погодных условий, болезней и вредителей.

Из 6-ти лет исследований 2003, 2007 гг. были близки по биотическому индексу к высокоурожайному 1997 году, а 2008 год отличался заметно более низкой биотической нагрузкой. В 2004, 2006, 2005 гг. она была выше оптимальной в 1,3-2,5 раза. В 2003, 2004, 2006-2008 гг. абиотический индекс был ниже оптимума. В 2005 году отмечены экстремальные условия по сочетанию абиотической нагрузки и биотических воздействий среды.

Потенциал урожайности зерна яровой пшеницы в 2003-2008 гг. по влагообеспеченности посевов составил 25,0-46,6 ц/га.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. Оценка адаптивности сортов яровой мягкой пшеницы

к условиям внешней среды по урожайности зерна.

Зависимость модификационной изменчивости урожайности сортов яровой пшеницы от условий внешней среды. Модификационная изменчивость урожайности сортов яровой мягкой пшеницы, обусловленная агротехническими факторами в течение периода вегетации, в среднем за годы исследований определялась диапазоном низких значений коэффициента вариации 3,7-10,3% (Табл.1).

Таблица 1. Коэффициенты вариации урожайности сортов яровой пшеницы в опыте с удобрениями и нормами высева. Поволжский НИИСС, 2003-2007 гг.

Сорт	Коэффициент вариации урожайности сортов в агротехническом опыте по годам, %
	2003	2004	2005	2006	2007	Среднее
Кинельская нива	9,7	7,9	5,1	13,3	5,0	8,2
Кинельская 60	4,8	7,9	5,2	6,0	9,9	6,8
Кинельская 61	10,1	5,8	3,3	8,9	-	7,0
Прохоровка	4,4	8,8	4,8	-	-	6,0
Тулайковская 5	12,5	2,6	3,2	-	-	6,1
Золотица	-	3,2	1,6	10,1	3,3	4,6
Кинельская отрада	-	-	-	15,2	5,5	10,3
Среднее по году	8,3	6,0	3,9	10,7	5,9	7,0

Ведущую роль в указанных модификациях урожая играли в среднем по годам минеральные удобрения: 55,6%, второе место занимали нормы высева: 28,5%, третье – их взаимодействие: 14,3%.

Характерной особенностью Средневолжского региона является низкая стабильность урожая яровой пшеницы по годам ее возделывания. В опыте за период 2003 – 2008 гг. коэффициент вариации урожайности в контроле без удобрений составил по сортам 21,1- 41,2% (Табл.2).

Таблица 2. Урожайность сортов яровой пшеницы без применения удобрений и ее модификационная изменчивость за период 2003 – 2008 гг.

Сорт	Средняя урожайность сорта по годам (ц/га)							Коэффициент вариации, %
	2003	2004	2005	2006	2007	2008	Среднее
Кинельская нива	29,6	22,1	11,6	22,6	24,6	24,3	22,5	26,5
Кинель- ская 60	23,7	20,7	10,4	20,5	20,4	15,2	18,9	26,1
Кинель- ская 61	23,2	19,8	7,9	19,2	13,8	15,7	16,6	32,4
Прохоровка	28,9	17,5	7,7	23,1	15,0	14,8	17,8	41,2
Тулайковская 5	32,6	23,2	12,4	23,1	23,8	17,8	22,2	30,5
Золотица	24,6	22,9	12,9	19,2	24,4	21,4	20,9	21,1
Кинельская отрада	27,9	27,5	15,0	17,7	25,3	23,2	22,8	23,4
Кинельская краса	32,2	23,0	13,9	22,0	25,2	19,7	22,7	26,7

Изменчивость урожайности сортов, обусловленная различиями условий лет, превосходила ее величину, обусловленную агротехническими приемами за период вегетации, не менее чем в 2,5 раза. К наиболее стабильным по урожайности сортам с коэффициентом вариации урожайности не выше 30%, относились Кинельская отрада (23,4%), Золотица (21,1%), Кинельская нива (26,5%), Кинельская 60 (26,1%), Кинельская краса (26,7%).

Сочетание низкой вариабельности с высокой величиной урожайности характеризует высокопластичные сорта. Этому требованию отвечают сорта Кинельская отрада, Кинельская нива, Кинельская краса.

Связь урожайности яровой пшеницы с условиями внешней среды.

Исследованиями выявлена сильная отрицательная связь урожайности с величиной индексов, объединяющих ведущие факторы биотической и абиотической природы периода вегетации культуры (Табл.3).

Индекс внешней среды в наибольшей мере коррелировал с урожайностью (r= -0,873). Коэффициент корреляции урожайности с дозами NPK минеральных удобрений составил малую величину r = + 0,280. Нивелирование этой связи было обусловлено вариацией эффекта удобрений от разнообразия лет по увлажнению периода вегетации яровой пшеницы в опыте.

Таблица 3.Коэффициенты корреляции и детерминации урожайности яровой пшеницы с индексами внешней среды и удобрениями в период 2003-2007 гг.

Показатели	Коэффициенты корреляции Коэффициенты детерминации
	1	2	3	4	5
1. Урожайность	-	-0,727	-0,831	-0,873	0,280
2. Индекс биотический	0,529	-	0,066	0,612	0,234
3. Индекс абиотический	0,691	0	-	0,594	0,117
4. Индекс внешней среды	0,762	0,374	0,353	-	0,178
5. Дозы минеральных удобрений	0,078	0,055	0,014	0,032	-

В результате исследований была определена зависимость урожайности в среднем для сортов яровой пшеницы от условий вегетации в лесостепи Средневолжского региона. При типичной технологии возделывания новые сорта яровой мягкой пшеницы показывали в исследовании урожай зерна в диапазоне 10-26 ц/га. Применение минеральных удобрений перед посевом в дозах 50-100 кг д.в. по сумме NPK на 1 га повышало урожайность зерна в среднем по сортам на 1,5-2,0 ц/га. Потенциал устойчивых к листовым болезням сортов до 54 ц/га был реализован в благоприятных условиях увлажнения периода вегетации 2003 года на не полегших участках посевов.

Сортовые особенности отклика яровой пшеницы по урожайности на условия внешней среды. В исследовании определены зависимости урожайности от индексов внешней среды и доз минеральных удобрений для сортов Прохоровка, Кинельская 60, Кинельская 61, Кинельская нива, Золотица.

В диапазоне индекса внешней среды ИВС=0,190-0,278 сорта Кинельская нива, Золотица, Кинельская 60, Кинельская 61 показывали стабильную урожайность: Кинельская нива на самом высоком уровне 23,7-25,1 ц/га, Золотица на среднем уровне 20,0-23,5 ц/га, Кинельская 60 и Кинельская 61 на низком уровне 20,0-21,8 ц/га. Сорт Прохоровка в этом диапазоне ИВС был самым нестабильным по урожайности: 20,0-34,2 ц/га. В условиях засухи (ИВС=0,510) урожайность сортов кинельской селекции не опускалась ниже 10,0 ц/га, а у стандарта Прохоровка – 7,0 ц/га (Рис.2).

Сорт Кинельская нива (4) во все годы стабильно и на повышенном уровне давал прибавки урожайности 1,5-3,9 ц/га в широком диапазоне доз удобрений (Рис.3).

Рис. 2. Характер изменения урожайности сортов яровой мягкой пшеницы в зависимости от условий лет (вариант без удобрений).

Рис. 3. Характер изменения прибавок урожайности сортов яровой пшеницы (1-6) в условиях благоприятного (2007г.) и засушливого (2005г.) годов при дозах удобрений (50-250) кг д.в. NPK на 1 га. Примечание: 1) 1 – Прохоровка, 2 – Кинельская 60, 3 – Кинельская 61, 4 – Кинельская нива, 5 – Золотица, 6 – среднее по сортам.

Сорт Кинельская 61 (3) слабо отзывался на внесение удобрений: низкие прибавки урожайности 0,3-0,9 ц/га стабильно воспроизводились сортом независимо от условий лет.

Сорт Прохоровка (1) имел повышенный отклик на дозы удобрений только в благоприятные по увлажнению годы: 2,3–5,3 ц/га, в средних условиях этот отклик был существенно ниже (1,7-3,1 ц/га), а в засушливых - у него отмечен отрицательный эффект удобрений.

В благоприятных условиях сорт Золотица (5) давал прибавки урожайности близкие по величине к Кинельской ниве: 1,5-4,1 ц/га. Ухудшение условий внешней среды снижало у сорта прибавки урожая зерна от удобрений: в средний год до 1,2-2,9 ц/га, в засушливый год от 0,2 до 0 ц/га.

У сорта Кинельская 60 (2) отмечено почти прямолинейное нарастание прибавок урожайности при увеличении доз удобрений в благоприятный и средний годы. Однако в условиях засухи он существенно уступил Кинельской ниве.

Оценка отзывчивости и стабильности сортов яровой пшеницы по использованию удобрений. Отзывчивость характеризует реакцию сорта повышать урожайность при внесении удобрений. Отзывчивость оценивается величиной прибавки урожайности от внесения удобрений относительно контроля. Стабильность определяется степенью изменчивости прибавок урожайности в различных условиях возделывания сорта при одинаковых дозах удобрений.

Самым отзывчивым на удобрения был сорт Прохоровка. В то же время он характеризовался высокой изменчивостью прибавок урожайности по годам. Средними по отзывчивости были сорта Кинельская нива, Золотица, Кинельская 60. Из них только сорт Кинельская нива отличался высокой стабильностью прибавок урожайности по годам. Другие сорта характеризовались сочетанием разной степени отзывчивости и стабильности по реакции на удобрения в различных условиях внешней среды.

Рентабельность применения удобрений для сорта Кинельская нива. Для высокопластичного сорта Кинельская нива рентабельно было внесение минеральных удобрений в диапазоне 50-100 кг д.в. NPK/га, при этом уровень рентабельности их применения не превышал 22,9%.

Агроэнергетическая оценка новых сортов яровой мягкой пшеницы. Агроэнергетическая оценка проводилась в 2003, 2004 годах на трех сортах Кинельская 60, Прохоровка, Кинельская нива. Внесение удобрений увеличивало валовую энергию урожая сортов на 7-9%. Эта прибавка не компенсировала энергетические затраты удобрений, что снижало на 46-51% чистый энергетический доход, уменьшало коэффициент энергетической эффективности посева в 1,6-2,0 раза, повышало энергетическую себестоимость 1 т зерна.

Наиболее энергетически эффективным был сорт Кинельская нива: он формировал в урожае зерна максимальные величины валовой энергии 42-45 ГДж/га при наименьшей энергетической себестоимости 1 т зерна 5,5-11,3 ГДж/т. Дозы удобрений свыше 160 кг д.в. NPK/га не окупались на сортах яровой пшеницы валовой энергией урожая зерна.

4. Оценка адаптивности сортов яровой мягкой пшеницы

к условиям внешней среды по качеству зерна.

Роль внешней среды в изменчивости качества зерна яровой пшеницы в лесостепи Средневолжского региона. По уровню модификационной изменчивости показателей качества зерна за 2003-2008 гг. сорта разделились на две группы: с низкой величиной коэффициента вариации V 10% и средней его величиной V= 10,1 -20,0% (Табл.4).

Повышенным и стабильным со­держанием в зерне белка и клейковины характеризовался сорт Кинельская 60, что является свидетельством его высокой устойчивости к стрессовым условиям вегета­ции.

Сочетанием средней величины модификационной изменчивости с повышенным среднемноголетним содержанием белка и клейковины в зерне характеризовались сорта Прохоровка, Кинельская 61, Кинельская нива, Золотица, Кинельская отрада, Тулайковская 5.

Таблица 4. Средняя величина и модификационная изменчивость показателей качества зерна яровой мягкой пшеницы за период 2003-2008 гг.

Сорт	Белок		Клейковина		Качество клейковины
	в зерне, %	коэф-т вариа- ции, %	в зер- не, %	коэф-т вариа-ции, %	ед. ИДК	коэф-т вариа-ции, %
Прохоровка	13,1	12,2	25,6	7,2	98	11,2
Кинельская 60	14,3	8,6	29,5	9,3	94	11,7
Кинельская 61	13,0	13,6	30,3	9,3	91	15,5
Кинельская нива	13,2	13,7	29,0	7,6	96	19,6
Тулайковская 5	14,7	17,5	32,4	8,8	90	11,3
Золотица	16,3	8,6	34,1	17,6	107	21,2
Кинельская отрада	14,7	9,5	27,9	10,8	72	7,3

Хлебопекарные показатели «силы» муки, времени замеса и устойчивости теста до разжижения, общей хлебопекарной оценки отличались высокой (V>20,0%) и средней величиной (V= 10,1 -20,0%) коэффициента вариации, что свидетельствует о значительном влиянии внешней среды на проявление их генетической природы.

Средовая изменчивость технологических показателей качества зерна у сортов яровой пшеницы по вариантам опыта с нормами высева и минеральными удобрениями в 2006 г. определялась величиной 3,0-5,9% и была в 2-4 раза ниже, чем изменчивость от условий периода лет исследований.

Для сорта Кинельская нива отношение долей вариации от регулируемых агротехнических факторов и погодных условий лет в модификационной изменчивости показателей составило по белку в зерне 28:72%, клейковине 24:76%, качеству клейковины 25:75% или близко к 1: 3.

В средовой изменчивости, обусловленной агроприемами, минеральные удобрения играли ведущую роль в формировании качества зерна в сравнении с нормами высева. Они определяли у сортов 68-96% средовой изменчивости содержания в зерне белка, клейковины, величины общей хлебопекарной оценки, 13-32% - изменчивости индекса деформации клейковины, 16-66% - изменчивости силы муки.

Связь показателей качества зерна яровой пшеницы с условиями внешней среды. Были изучены корреляции показателей качества зерна с факторами внешней среды. Их влияние на содержание в зерне белка, клейковины, ее качество оценивалось за период 2003-2008 гг. как слабое или среднее.

Выпадение осадков и повышение гидротермического коэффициента в период «всходы – колошение» вело к снижению белка в зерне (r = -0,36). Увеличению белка в зерне способствовало возрастание суммы среднесуточных температур воздуха за вегетацию (r = +0,55). Повышенный температурный фон был благоприятен для роста содержания белка и клейковины в зерне в период «колошение – восковая спелость зерна», также как и выпадение осадков в этот период.

Положительную роль для формирования клейковины в зерне яровой пшеницы играли в опыте минеральные удобрения и весенние запасы влаги в почве (r = +0,37). Негативное влияние на клейковину оказывал фактор болезней и вредителей (r = -0,38).

Индекс деформации клейковины был положительно связан во второй половине вегетации при созревании зерна с осадками (r = +0,44) и величиной гидротермического коэффициента (r = +0,47). Следовательно, выпадение повышенного количества осадков в этот период у большинства сортов вызывало снижение качества клейковины.

Из технологических показателей наиболее значимо было влияние качества клейковины на хлебопекарные свойства муки. Их связь с индексом деформации клейковины (ИДК) была отрицательной на слабом - среднем уровне: от r = -0,35 до r =-0,56. Следовательно, стабилизация ИДК на уровне I-II групп качества клейковины ведет к стабилизации повышенных значений показателей хлебопекарных свойств муки.

В результате корреляционно-регрессионного анализа были выбраны ведущие факторы и получены усредненные по сортам яровой мягкой пшеницы зависимости содержания в зерне белка, клейковины и качества клейковины от факторов внешней среды.

Они показали, что погодные условия лесостепи Самарской области позволяют формировать в зерне современных сортов яровой пшеницы до 18,3% белка и в средние по увлажнению (не более 90 мм за период «колошение – восковая спелость зерна» длительностью 42-45 суток), засушливые годы (33-36 суток) получать зерно, содержащее не менее 14,5% белка, удовлетворяющее требованию 1-го товарного класса.

Переувлажнение периода созревания зерна (100-150 мм осадков, ПКВС до 55 суток) ведет к снижению качества клейковины до 3-ей группы. В этом случае для решения проблемы получения в лесостепной зоне 7 региона РФ продовольственного зерна яровой пшеницы необходимо создавать сорта, устойчиво формирующие клейковину 1-2 группы качества.

Сортовые особенности реакции яровой пшеницы по качеству зерна на условия внешней среды. Для характеристики адаптивных реакций биологически различных сортов яровой мягкой пшеницы Кинельская нива, Кинельская отрада и Золотица по величине показателей качества на изменение условий вегетации были получены многофакторные зависимости величины белка, клейковины в зерне, индекса деформации клейковины от ведущих факторов внешней среды.

Сорт Кинельская отрада отличался в опыте меньшей восприимчивостью к перепаду суммы температур воздуха в период созревания зерна в диапазоне 760-9700С, чем Кинельская нива и Золотица. Он стабильно формировал 14,6-15,7% белка в зерне и слабо зависел от колебаний температур воздуха и осадков. Только сорт Кинельская отрада имел ИДК до 100 единиц в широком диапазоне температур и осадков: в 95% сочетаний абиотических факторов формировал продовольственное зерно (Рис.4).

Рис. 4. Характер изменения индекса деформации клейковины сорта яровой мягкой пшеницы Кинельская отрада в зависимости от факторов внешней среды (проценты показывают долю сочетаний указанных абиотических факторов вегетации за 2003-2008гг.)

У Кинельской нивы диапазон факторов для формирования продовольственного зерна по величине ИДК был несколько уже: 75% сочетаний. У этого сорта отмечены высокие приросты белка (+3,9%) при увеличении суммы температур воздуха за период «колошение-восковая спелость зерна» до отмеченного максимума и +1,5% при выпадении осадков до 118 мм. При этом потенциал сорта по формированию белка в зерне составляет 18,0%.

Для сорта Золотица характерно формирование повышенного количества белка в зерне (15,3-19,3%) в разные по условиям годы.

Все сорта характеризовались высокой отзывчивостью по клейковине в зерне на рост суммы температур воздуха в период созревания зерна: ее максимальная прибавка у Золотица достигала +11,8%, Кинельской отрады +7,6%, Кинельской нивы +3,4%. Максимальное количество клейковины (до 44,0%) формировал сорт Золотица.

Сортовые различия создают спектр величин показателей качества зерна при вариации условий внешней среды. У каждого сорта они имеют свои уровни стабильности по годам. Создание сортов яровой пшеницы, формирующих зерно продовольственного использования в широком спектре условий внешней среды по осадкам и сумме температур воздуха за вегетацию растений ведет к стабильному его производству на уровне 75-95% возможных сочетаний факторов в лесостепи Среднего Поволжья.

Знание сортовых адаптивных реакций по качеству зерна делает возможным подбор районов возделывания сортов с абиотическими условиями, в которых они надежно формируют продовольственное зерно.

Использование метода оценки адаптивных реакций сортов яровой пшеницы по урожайности и качеству зерна в селекции. Метод оценки адаптивных реакций сортов позволяет путем анализа урожайности и величин показателей качества зерна, их модификационной изменчивости и связей с ведущими факторами внешней среды проводить изучение селекционных сортов на этапах питомников сортоиспытания и делать отбор из них наиболее приспособленных и ценных для товарного производства. Алгоритм метода включает следующие этапы исследования:

1) определение значимости влияния факторов внешней среды на урожайность и технологические показатели качества зерна сортов в многолетнем и многофакторном исследовании (5-7 лет); выбор ведущих факторов внешней среды для включения в модель;

2) построение регрессионной зависимости показателей от значимых факторов; анализ диапазона и тенденций изменения урожайности и показателей качества зерна сортов от варьирования величин факторов внешней среды;

3) оценка диапазонов значений факторов внешней среды, при которых показатели качества зерна сортов удовлетворяют уровню требований ГОСТ к продовольственному зерну;

4) учет факторов внешней среды и порядок регулирования агротехнических приемов для достижения необходимого урожая и качества зерна у возделываемых сортов яровой пшеницы;

5) сравнение отличий в сортовых реакциях и от средней реакции по совокупности сортов (культуре) яровой пшеницы, использование отличий в программе селекции и в агротехнике сорта.

5. Различия новых сортов яровой мягкой пшеницы

по фотосинтетической продуктивности растений.

Дифференциация новых сортов яровой пшеницы по коэффициенту использования ФАР в различных условиях среды вегетации растений. Коэффициент использования ФАР (КФАР) – это отношение количества энергии, запасенной в продуктах фотосинтеза, к величине приходящей ФАР. Величина КФАР зависит от долей энергии зерна и соломистой массы в биомассе растений.

Сорта по отношению массы «зерно : солома» (Кзс) достоверно разделились на три группы: Золотица с Кзс = 0,73; Прохоровка, Кинельская 60 и Кинельская 61 с Кзс = 0,81-0,86; Кинельская нива, Тулайковская 5, Кинельская отрада с Кзс = 0,90-0,93.

В исследовании отмечен тренд на повышение урожайности сортов яровой пшеницы с ростом соотношения массы зерна и соломы. Особо выделился сорт Золотица с низкой величиной Кзс и повышенной среднемноголетней урожайностью.

Впервые для лесостепи определена зависимость коэффициента использования ФАР в среднем для сортов яровой пшеницы от доз удобрений, суммы среднесуточных температур воздуха и осадков за вегетационный период растений.

Опыт показал, что максимальные значения КФАР = 0,85–0,95% наблюдались у сортов яровой пшеницы при пониженных суммах температур воздуха за вегетацию в диапазоне 1610 – 16800С и повышенных осадках 190-230 мм. В условиях засухи 2005 г. на высоком температурном фоне 1750-18200С при низком уровне осадков 79,3 мм КФАР был самым низким по величине: 0,28-0,52%. Использование удобрений вело к росту КФАР в слабой степени.

Доля изменчивости КФАР, обусловленная условиями лет (77,87%) существенно превосходила долю от различий сортов (7,97%). Тем не менее, сортовые различия яровой пшеницы по использованию солнечной радиации носили достоверный характер.

В условиях засухи выделились повышенным значением КФАР сорта Кинельская нива (0,41%), Тулайковская 5 (0,44%), Кинельская отрада (0,52%), Золотица (0,53%). Эти же сорта отличались повышенной среднемноголетней величиной КФАР = 0,76 – 0,82% и в благоприятные годы: КФАР = 1,04 – 1,11%.

Влияние полегания на урожайность и показатели фотосинтеза сортов яровой пшеницы. В 2003 году наблюдалось переувлажнение посевов яровой пшеницы в период формирования и созревания зерна. Даже у короткостебельного стандарта Прохоровка было отмечено полегание 3-5% площади посева. У других сортов площадь полегших посевов составляла 20-85%.

Фактор полегания оказывал статистически значимое влияние на КФАР – 53,9%, как и генотипы сортов – 26,4%.

Величина КФАР на не полегших участках посева увеличивалась у сортов Кинельская нива до 1,86% и Тулайковская 5 до 1,98% или в 1,69 и 1,60 раза относительно частично полегших посевов. Придание сортам яровой пшеницы абсолютной устойчивости к полеганию и отзывчивости к благоприятным условиям возделывания позволит поднять Кфар до 1,90-2,00% и выйти на потенциальную урожайность 50-55 ц/га. Она обеспечивается 590-650 шт/м2 продуктивных стеблей при сохранности к уборке урожая 370-390 растений на 1 м2 и продуктивной кустистости 1,57-1,68. При соблюдении этих требований главные колосья в 2003 году формировали у Кинельской нивы 0,90-0,92 г зерна, а растения – 1,29-1,36 г зерна.

Сорта Кинельская 60, Кинельская 61, Кинельская нива, Тулайковская 5 отличались на не полегших участках посева повышенной продуктивностью фотосинтеза: более 5,0 г/м2 сутки. Применение удобрений увеличивало ЧПФ до 7,2 г/м2 · сутки.

В Ы В О Д Ы

1. Впервые для лесостепи Средневолжского региона биологические особенности сортов по характеру адаптации к условиям внешней среды отражены через статистические закономерности связи урожайности, содержания в зерне белка, клейковины, индекса деформации клейковины новых сортов яровой мягкой пшеницы с факторами абиотического и биотического происхождения, дозами минеральных удобрений. Сортовые модели для Прохоровки, Кинельской 60, Кинельской 61, Кинельской Нивы, Кинельской отрады, Золотицы позволяют оценивать величину и стабильность их урожайности, показателей качества зерна в широком спектре условий внешней среды.

2. Установлено, что модификационная изменчивость урожайности сортов яровой пшеницы, обусловленная различиями абиотических и биотических условий лет, составляла за годы исследований диапазон 21,1-41,2%, а от регулирования доз минеральных удобрений, норм высева в условиях периода вегетации – диапазон 3,7-10,3%. Следовательно, влияние условий лет превосходило влияние агротехнических факторов на урожай зерна яровой пшеницы не менее чем в 2,5 раза. В модификациях урожайности сортов от агротехнических факторов ведущую роль в среднем за период лет играли удобрения (55,6%), затем нормы высева (28,5%) и их взаимодействие (14,3%). В засушливых условиях вегетации влияние технологических факторов снижалось до минимума.

К наиболее стабильным по урожайности сортам с коэффициентом вариации урожайности не выше 30%, относились Кинельская отрада (23,4%), Золотица (21,1%), Кинельская нива (26,5%), Кинельская 60 (26,1%), Кинельская краса (26,7%). Сочетание низкой вариабельности с высокой величиной урожайности характеризует высокопластичные сорта. Этому требованию отвечали сорта Кинельская отрада, Кинельская нива, Кинельская краса.

3. Средовая изменчивость содержания в зерне яровой пшеницы белка, клейковины и ее качества, определяемая влиянием агротехнических факторов, составляла 3-5%, а от условий периода лет - до 21,2%. Эта закономерность, с одной стороны указывает на не высокое влияние удобрений и норм высева на качество зерна, с другой – на нестабильность показателей качества по годам. Из агроприемов дозы минеральных удобрений определяли у сортов 68-96% изменчивости содержания в зерне белка и клейковины, нормы высева – не более 20%. Наиболее устойчивыми по воспроизведению в разные годы высокого качества зерна являлись сорта Кинельская нива и Кинельская отрада

4. Установлено, что величина осадков в период «колошение – восковая спелость зерна» определяет уровень качества клейковины современных сортов. При минимуме 30 мм осадков индекс деформации клейковины (ИДК) был самым низким по величине 70-83 ед. ИДК в широком диапазоне суммы температур воздуха 740-9700С. Выпадение осадков не более 90 мм за этот период позволяет получать зерно яровой пшеницы не ниже 2-ой группы качества. Переувлажнение периода созревания зерна (100-150 мм осадков) снижало качество клейковины до 3-ей группы у большинства сортов, за исключением сорта Кинельская отрада, у которого показатель ИДК соответствовал в этих условиях 2-ой группе качества.

5. По результатам исследований сорта Кинельская нива и Кинельская отрада отнесены к наиболее пластичным сортам, сочетающим низкую изменчивость урожайности по годам с ее высокой среднемноголетней величиной. Они же были наиболее стабильными по содержанию белка, клейковины и ее качества и формировали зерно не ниже 3-го класса в 75-95 % возможных сочетаний абиотических и биотических факторов внешней среды. Сорта Прохоровка, Золотица, Кинельская 60 отличались в опытах высокой отзывчивостью на удобрения при хорошей влагообеспеченности посевов за период вегетации.

6. В благоприятные и засушливые годы выделились повышенным значением КФАР сорта Кинельская нива, Тулайковская 5, Кинельская отрада, Золотица. Максимальные значения коэффициента использования ФАР 0,85-0,95% наблюдались у сортов яровой пшеницы при пониженных суммах температур воздуха за вегетацию 1610-16800С и повышенных осадках 190-230 мм. В условиях засухи на высоком температурном фоне 1750-18200С при низком уровне осадков 79,3 мм КФАР был самым низким по величине: 0,28-0,52%. Придание сортам яровой пшеницы устойчивости к полеганию и высокой отзывчивости к благоприятным условиям вегетации позволит поднять КФАР до 1,90-2,00%, а реализованную урожайность до 50-55 ц/га.

7. Сорт Кинельская нива характеризовался наиболее высоким среди изученных сортов уровнем эффективности использования минеральных удобрений с рентабельностью до 22,9% для доз, не превышавших 100 кг д.в. суммы NPK на 1 га.

8. Для повышения эффективности селекционного процесса разработан метод оценки адаптивных реакций сортов по урожайности и качеству зерна. Он использует оценки величин урожайности, показателей качества зерна, их модификационной изменчивости за период лет изучения и многофакторныезависимости от условий внешней среды для принятия решения по выделению лучших сортов в питомниках сортоиспытания.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ И СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКЕ

1. Оценку сортов яровой мягкой пшеницы в питомниках сортоиспытания предлагается проводить по величине урожайности и показателей качества зерна с учетом их модификационной изменчивости в контрастных условиях внешней среды.

2. В агроэкологическом паспорте сортов, внесенных в реестр селекционных достижений РФ, рекомендуется, наряду с другими факторами, указывать диапазоны значений суммы среднесуточных температур воздуха и осадков по периодам вегетации яровой пшеницы, в которых проявляются наилучшим образом адаптивные реакции сортов, что позволяет прогнозировать оценку качества зерна с учетом условий внешней среды и определять районы их возделывания.

3. Для стабилизации и повышения валовых сборов зерна продовольственного использования в лесостепной зоне Среднего Поволжья рекомендуется увеличить площади посевов в товарном производстве высоко урожайных, пластичных, стабильных по качеству зерна, ценных сортов яровой мягкой пшеницы Кинельская нива и Кинельская отрада.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Ведущие рецензируемые научные журналы, определенные ВАК РФ

1. Головоченко А.П. Роль сортов и внешней среды в управлении урожайностью и качеством зерна яровой пшеницы / А.П. Головоченко, В.В. Глуховцев, Н.А. Головоченко // Известия Оренбургского ГАУ. – Оренбург, 2006. - № 3. – С. 7-9.

2. Головоченко А.П. Характеристика сортов яровой пшеницы по уровню потребления ресурсов внешней среды / А.П. Головоченко, В.В. Глуховцев, Н.А. Головоченко // Известия Оренбургского ГАУ. – Оренбург, 2007. - № 2 (14). – С. 37-39.

3. Головоченко Н.А. Влияние условий внешней среды на эффективность использования яровой пшеницей минеральных удобрений / Н.А. Головоченко, А.П. Головоченко, В.В. Глуховцев // Известия Оренбургского ГАУ. – Оренбург, 2008. - № 2 (18). – С. 7-10.

4. Головоченко А.П. Сортовые особенности использования яровой пшеницей минеральных удобрений / А.П. Головоченко, Н.А. Головоченко, В.В. Глуховцев // Известия Оренбургского ГАУ. – Оренбург, 2008. - № 2 (18). – С. 21-24.

Научные статьи, тезисы

1. Головоченко А.П. Отзывчивость сортов яровой пшеницы на факторы внешней среды / А.П. Головоченко, Н.А. Головоченко // Сб. н. тр. II международ. НПК «Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и образования». – Самара: СамВен, 2005. – Вып. IV. – С. 131-136.

2. Головоченко А.П. Влияние припосевных удобрений и норм высева на урожайность яровой пшеницы // А.П. Головоченко, В.Г. Васин, Н.А. Головоченко // Сб. н. тр. II международ. НПК «Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и образования». – Самара: СамВен, 2005. – Вып. IV. – С. 56-58.

3. Головоченко А.П. Отзывчивость сортов яровой пшеницы на факторы внешней среды по качеству зерна // А.П. Головоченко, Н.А. Головоченко // Матер. междунар. научно-практич. конф. «Повышение урожайности и качества продукции зерновых, кормовых и технических культур». – Самара, 26-28 июля 2004 г. – Самара, 2005. – С. 26-35.

4. Глуховцев В.В. Роль сортов и агротехнических факторов в изменчивости урожайности яровой пшеницы в лесостепи Среднего Поволжья / В.В. Глуховцев, А.П. Головоченко, Н.А. Головоченко // Известия Самарской ГСХА. – Самара, 2006. Вып. 4. – С. 56-58.

5. Глуховцев В.В. Роль сортов и агротехнических приемов в управлении качеством зерна яровой пшеницы / В.В. Глуховцев, А.П. Головоченко, Н.А. Головоченко // Известия Самарской ГСХА. – Самара, 2006. Вып. 4. – С. 114-116.

6. Головоченко А.П. Значение сортов и агротехнических факторов в стабилизации сбора зерна яровой пшеницы / А.П. Головоченко, В.В. Глуховцев, Н.А. Головоченко // Современные проблемы почвозащитного земледелия и пути повышения устойчивости зернового производства в степных регионах: Сб. докладов междунар. научно-практич. конф., посвящен. 50-летию РГП «НПЦ зернового хозяйства им. А.И.Бараева» МСХ РК. – Шортанды, 2006. С. 338-342.

7. Головоченко А.П. Оценка потребления ресурсов внешней среды сортами яровой пшеницы / А.П. Головоченко, Н.А. Головоченко // Генетические ресурсы культурных растений в XXI веке: состояние, проблемы, перспективы / Тез. докладов II Вавиловской международной конференции. Санкт-Петербург, 26-30 ноября 2007 г. – СПб.: ВИР, 2007. – С. 255-256.

8. Головоченко Н.А. Оптимизация затрат удобрений в посевах яровой пшеницы /Н.А. Головоченко, В.В. Глуховцев, А.П. Головоченко // Известия Самарской ГСХА, Самара, 2007. Вып. № 4. – С. 90-93.

9. Головоченко Н.А. Оценка экономичности сортов яровой пшеницы по использованию минеральных удобрений / Н.А. Головоченко, В.В. Глуховцев, А.П. Головоченко // Известия Самарской ГСХА, Самара, 2007. Вып. № 4. – С. 93-96.

10. Головоченко А.П. Интегрированные характеристики условий внешней среды / А.П. Головоченко, Н.А. Головоченко // Известия Самарской ГСХА, Самара, 2008. – Вып. № 4. – С. 70-76.

11. Головоченко А.П. Оценка сортовых реакций яровой пшеницы по качеству зерна на условия внешней среды в лесостепи Среднего Поволжья / А.П. Головоченко, В.В. Глуховцев, Н.А. Головоченко // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, том 166, СПб.: ГНЦ ВНИИР им. Н.И. Вавилова, 2009.- с. 505-512.