Екатеринбург, Россия
Екатеринбург, Россия
Екатеринбург, Россия
Россия
Россия
УДК 631 Общие вопросы сельского хозяйства
УДК 631.111.1 Теория размещения сельскохозяйственных предприятий
ГРНТИ 68.01 Общие вопросы сельского хозяйства
Исследования проводили с целью анализа погодных условий и их воздействия на формирование урожайности озимой мягкой пшеницы в лесостепной зоне Курганской области. Работу проводили в 1985–2020 гг. В годы испытания озимая пшеница по урожайности превысила яровую на госсортоучастках Курганской области среднем на 4,1 ц/га, в опытах Курганского НИИСХ на 2,8 ц/га (26,4…26,8 ц/га). Преимущество озимой пшеницы над яровой отмечали 12…14 лет, яровой над озимой – 4…6 лет. В остальные годы различия были не значительными. В Курганском НИИСХ наименьшая урожайность отмечена в 1989 г. и 2003 гг. (5,7 и 11,6 ц/га соответственно), рекордная (63,1 ц/га) – во влажном 1986 г. По влиянию гидротермического режима исследуемые годы разделены на высокоурожайные (31,5…45,0 ц/га), средне- (17,7…26,0 ц/га) и низкоурожайные (0,5…15,7 ц/га). Причины снижения урожайности индивидуальны – это периоды с засушливыми явлениями, низкими температурами и др. В годы с массовой гибелью посевов (5 лет) отмечено влияние комплекса негативных факторов. Положительное воздействие на урожайность (r05=0,51) оказывало позднее возобновление вегетации весной. При формировании урожая (20 ц/га) отмечена положительная роль зимних и весенних осадков (r=0,7 и 0,6 соответственно), температурного режима зимой (r=0,7) и летом (r=–0,5). В 2002 и 2007 гг. при хорошей перезимовке, которой способствовал достаточный снежный покров, отмечена продуктивность на уровне 23,0 и 26,0 ц/га соответственно. Недостаток влаги в мае 2011, 2019 гг. компенсировали осадки последующего периода. Высокая продуктивность (более 30 ц/га) в течение 15 лет отмечена при влагообеспеченности за осень выше нормы на 10,2 %, за зиму – на 16,4 %, за весну – на 9 %, за лето – на 15,9 %, в целом за год – на 6 %
погодные условия, озимая мягкая пшеница (Triticum aestivum L.), осадки, температура, урожайность
Введение. Изменения климата вынуждает сельское хозяйство адаптироваться к современным вызовам природы [1]. Тенденции к повышению температуры воздуха и увеличению количества осадков в период прекращения активной вегетации создают более благоприятные условия для перезимовки озимой пшеницы [2]. В условиях глобальных климатических изменений предстоит инвентаризация и переоценка агроресурсов и ассортимента культурных растений [3]. Так, увеличение теплообеспеченности осеннего периода и его продолжительности повлияло на изменение оптимальных сроков сева озимых культур [4]. В связи с изложенным, необходима разработка соответствующих мероприятий по адаптации сельскохозяйственного производства – от определения оптимальных сроков проведения агротехнических работ до выбора и селекции оптимальных сортов, которые лучше подходят для местных условий [5].
В последние годы в Курганской области возрождается интерес к озимой пшенице. За 2016–2021 гг. средняя урожайность культуры составила 19,0 ц/га. В крупных сельскохозяйственных предприятиях благодаря современным интенсивным технологиям, зимостойким сортам, качественным семенам она достигает 35…37,0 ц/га. В отличие от других зерновых культур озимая пшеница более урожайна, лучше реагирует на удобрения, обработку почвы и другие технологические приемы [6]. В Зауралье основной фактор, определяющий продуктивность озимых культур, – устойчивость к таким лимитирующим факторам среды, как температурный режим и влагообеспеченность в наиболее уязвимые фазы развития растений [7]. Для более успешного выполнения задач по стабилизации производства зерна и повышения его качества важнейшее значение имеет ускорение селекционного процесса по созданию новых сортов озимой пшеницы, отвечающих изменяющимся параметрам климата и запросам производства по продуктивности, стабильности, морозостойкости, засухоустойчивости, устойчивости к болезням [8]. Неблагоприятные условия вызывают значительную вариабельность урожайности озимой пшеницы по годам, вплоть до полной гибели посевов.
Цель исследований – анализ погодных условий и их воздействия на формирование урожайности озимой мягкой пшеницы в лесостепной зоне Курганской области.
Условия, материалы и методы. Исследования выполнены в Курганском научно-исследовательском институте сельского хозяйства – филиале Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук» в лаборатории селекции пшеницы. Опыты проводили в 1985–2020 гг. Материалом для исследований служили 25 сортов озимой мягкой пшеницы конкурсного сортоиспытания. Кроме того, при анализе использовали данные по урожайности озимой и яровой пшеницы на трех госсортоучастках (ГСУ) Курганской области (Белозерский, Куртамышский, Половинский) в течение 25 лет. По организационно-техническим причинам число ГСУ, на которых испытывали озимую пшеницу, по годам варьировало от 1 до 6, всего было проведено 88 опытов. Учтены показатели сортов, принятых в эти годы в качестве стандартов: яровая пшеница (скороспелая группа) – Тулунская 12, Новосибирская 15, Омская 36, озимая пшеница – Омская озимая, Альбина 45. Они характеризуются наиболее близкими сроками созревания и уборки, что позволяет производить высококачественное зерно в ранние сроки. Посев озимой пшеницы проводили в третьей декаде августа – первой декаде сентября, яровой – в первой декаде мая. Пять лет (1994, 1996, 1998, 2000, 2010 гг.) озимую пшеницу из-за неблагоприятной перезимовки пересевали яровой. Предшественник – пар. Почва опытного участка – чернозём, выщелоченный маломощный тяжелосуглинистый с содержанием гумуса в пахотном слое (по Тюрину) 3,44…4,55, фосфора (по Чирикову) – 75…108 мг/кг, калия (по Масловой) – 180…288 мг/кг, сумма поглощенных оснований – 19…21 мг экв./100 г. Экспериментальный участок Курганского научно-исследовательского института сельского хозяйства расположен в центральной зоне Курганской области (лесостепь). Основные особенности зоны – холодная, часто малоснежная зима, короткое, но жаркое лето с периодически повторяющимися засухами. Для весны характерны частые возвраты холодов. Годовое количество осадков 366…425 мм. Среднегодовая температура воздуха 0,8…1,4 °С, сумма положительных температур – 2350…2380 0С, сумма активных температур – 2047 °С. В теплый период выпадает 56…59 % годового количества осадков, ГТК 0,9…1,1. Гидротермические условия имеют высокую степень варьирования по времени проявления. Вероятность наступления средних и слабых засушливых явлений в различные фазы развития растений составляет 100 %, интенсивных 35 %. На засушливые годы приходится 33…40 % анализируемых лет. Это оказывает влияние на растения, в результате которого величина коэффициента вариации урожайности составляет 35 %. Наблюдения проводили в соответствии с Методикой государственного сортоиспытания [9], математическую обработку данных – методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову. Уровень значимости p≤0,05.
Результаты и обсуждение. Реакция на стрессовые условия разных лет у озимой и яровой пшеницы неоднозначна ввиду различий во времени наступления фаз развития. Озимая пшеница при достаточных зимних осадках более устойчива к дефициту влаги и меньше страдает от апрельских и майских засух, чем яровая. Неблагоприятные для роста и развития растений засушливые годы, отмеченные в 1989, 2006, 2010, 2012, 2020 гг., в большей степени отразились на яровой пшенице, особенно посеянной в ранний срок.
Анализ урожайности озимой пшеницы на госсортоучастках (26,4 ц/га) показал ее преимущество перед скороспелыми стандартами яровой пшеницы в среднем на 4,1 ц/га
(табл. 1). В опытах Курганского НИИСХ за эти годы сбор зерна озимой пшеницы с единицы площади был выше, чем у яровой, на 2,8 ц/га. Преимущество сохранялось на сортоучастках в течение 12 лет (от 3 до 18,7 ц/га), в институте – 14 лет (от 5 до 14,7 ц/га). Ниже яровой урожайность озимой пшеницы на ГСУ была 4 года (на 3,5…13,3 ц/га), в опытах учреждения – 6 лет (на 3,7…11,4 ц/га). В остальные годы различия между озимой и яровой пшеницей не достоверны.
Период выход в трубку – колошение – критический по отношению к влаге у озимой пшеницы [10]. В типичные для Зауралья годы (1997, 1999, 2002, 2007, 2008, 2018 гг.) условия весеннее-летнего периода вегетации были преимущественно благоприятными, и озимая пшеница смогла реализовать свой потенциал. Ее средняя урожайность 29,6 ц/га была выше, чем у яровой, на 6,3 ц/га, в засушливые годы (1990, 1995, 2007, 2010, 2012, 2019 гг.) – на 3,7 ц/га (Белозерский, Куртамышский, Половинский ГСУ). Во влажные годы сбор зерна озимой и яровой пшеницы находился практически на одном уровне (29,1 и 29,8 ц/га).
По результатам конкурсного сортоиспытания Курганского НИИСХ за 25 лет урожайность озимой пшеницы составила в среднем 26,8 ц/га. Наименьшей 5,7 и 11,6 ц/га она была в 1989 и 2003 гг. Рекордный сбор зерна (63,1 ц/га) зафиксирован во влажном 1986 г. В годы, когда для формирования урожая озимой пшеницы складываются неблагоприятные условия, яровую пшеницу считают страховой культурой, это обеспечивает повышение устойчивости современных агроэкосистем [11]. Пересев яровой культурой потребовался в 1994, 1996, 2000, 1998, 2010 гг. из-за массовой гибели растений от низких температур при малом слое снега в поздне-осенний и зимний период. Если сорт не обладает генетической «гибкостью» к широкому спектру почвенно-климатических условий, то он не может противостоять действию различных биотических и абиотических стрессов [12]. При возобновлении вегетации весной, когда происходит дифференциация конуса нарастания (образование колосовых бугорков) растениям необходимы умеренно пониженные температуры [13]. Возобновление весенней вегетации в Зауралье в 60 % случаев отмечено в период с 1 по 10 апреля (табл. 2). Позднее ее начало отмечали в 20 % случаев, оно затягивалось до 16…25 апреля, что способствовало сохранению влаги в период кущение – выход в трубку и положительно влияло на растения.
К основным факторам, влияющим на урожайность сельскохозяйственных культур, относят количество выпавших осадков и температуру воздуха в период вегетации [14]. При этом важна не только сумма осадков, но и их распределение по фазам развития. Корреляционный анализ взаимосвязи урожайности и влагообеспеченности за годы исследований (1987–2020 гг.) показал ее недостаточную информативность для конкретных выводов. Средняя связь прослеживалась только с суммой осадков за год и осадками июля (r=0,5 и 0,4 соответственно).
Для проведения дальнейшего анализа уровень урожайности по годам был разбит на три группы: низкая (0,5…15,7 ц/га), средняя (17,7…26,0 ц/га), высокая (31,5…45,0 ц/га). С этой целью величину ее варьирования за годы исследований разделили на три одинаковых интервала, дополнительно ориентируясь на экспертные данные. В целом потенциал продуктивности озимой пшеницы в Курганскую область высокий, но в условиях рискованного земледелия, к которым относят территорию региона, в неблагоприятные годы (1987, 1989, 1994, 1996, 1998, 2000, 2003, 2004, 2010, 2020 гг.) возрастали риски для формирования стабильного урожая более 15 ц/га. В эти годы прямой связи урожайности и осадков по месяцам не наблюдали (табл. 3).
Причины снижения урожайности (до 0,5…15,7 ц/га) по годам индивидуальны. Так, в 1989 и 2020 гг., когда за июнь и июль выпало 22 и 25,5 мм осадков она составляла 5,7 и 12,3 ц/га соответственно. Наложение недостаточной влагообеспеченности в осенний и весенний вегетационные периоды способствовало понижению урожайности в 2004 г. до 14,2 ц/га. В годы с частичной или полной гибелью посевов (1994, 1996,1998, 2000, 2010 гг.) отмечено все многообразие негативных факторов для нормальной жизнедеятельности растений озимой пшеницы – низкие температуры в осенний и зимний периоды (1994 г.), весенний возврат холодов (1996 г.), теплый октябрь и возврат весенних холодов (1998 г.). Отсутствие снежного покрова в ноябре 2000 г. при уменьшении температуры на глубине узла кущения ниже критической привело к изреженности стеблестоя, а повышение температуры в апреле вызвало дисбаланс вегетирующих надземных органов растений и еще не работающей корневой системы. Во влажный 2003 г. за лето выпало 125 мм, но зима была малоснежной (61 мм) и в весенние месяцы за март–апрель выпало на 60 мм осадков меньше нормы, что сказалось на продуктивности растений. В 2010 г. стрессовое воздействие засухи с мая по июль при низких весенних запасах влаги в почве привело к массовой гибели растений и пересеву яровой культурой. Наиболее губителен недостаток или отсутствие осадков в период январь–март, когда при низких температурах и возврате холодов большинство растений погибала, а учетная урожайность составляла до 0,5 ц/га и менее. Если среднегодовая температура в сочетании со средней за весенне-летний период превышает многолетние значения, получить высокую урожайность сложно.
При формировании гарантированного среднего урожая озимой пшеницы (20,8 ц/га), отмечено возрастание роли осадков за весь агрономический год (r=0,6), а также за осень и весну (r=0,3 и 0,6). Комфортный температурный режим, в среднем 19 °C, так же способствовал повышению урожайности. Возрастала зависимость от температуры зимой (r=0,7) и летом (r=-0,5). Увеличение температуры в зимний период до -9,1…-9,3 °C и достаточный снежный покров в 2002 и 2007 гг. способствовали лучшей перезимовке культуры и формированию урожайности 23,0 и 26,0 ц/га соответственно. Недостаток влаги в мае 2011 и 2019 гг. (13,0 и 17,7 мм) компенсировался в последующие месяцы, поэтому урожайность составила 20,7 и 20,1 ц/га соответственно (табл. 4).
Высокая продуктивность 30,0…63,1 ц/га возможна при полном удовлетворении озимой пшеницы во влаге и тепле (табл. 5). При ее формировании влагообеспеченность за год была выше, по отношению к среднемноголетним показателям, на 22 мм (6 %), за осень – на 9 мм (10,2 %), за зиму – на 13 мм (16,4 %), весну – на 6,4 мм (9 %), за лето – на 16,9 мм (15,9 %).
Анализ формирования высокой урожайности (более 30 ц/га), зафиксированной в течение 15 влагообеспеченных лет, показал отсутствие ее прямой зависимости от сезонных агроклиматических колебаний, на что указывают коэффициенты корреляции (0,01…0,3) (табл. 6).
Хорошее увлажнение весной и летом, благоприятный режим температуры, отсутствие значительных по времени засушливых периодов и низких температур способствовали более полной реализации потенциала озимой пшеницы, нормальному формированию и созреванию зерна к концу июля – началу августа.
К снижению урожайности озимой пшеницы до среднего уровня 20,8 ц/га приводит недостаток поступления влаги весной (r=-0,6) и летом (r=-0,5), но положительно влияют почвенные запасы за счет зимних осадков (r=0,7).
Если на протяжении всего вегетационного периода количество осадков ниже среднемноголетних значений (-51,7 мм) максимальная урожайность, которую можно получить, не превышает 15 ц/га. Температурный режим для формирования урожайности любого уровня в среднем не отличается от среднемноголетних значений. Но в условиях холодной зимы, особенно в декабре (-3,5 °C) и возврате холодов в апреле (-1,3 °C) озимая пшеница погибала или значительно снижала урожайность.
Выводы. Таким образом, озимая пшеница при достаточном количестве зимних осадков (1987, 2007, 2012, 2020 гг.) более устойчива к дефициту влаги, чем яровая мягкая пшеница, прибавка урожайности достигает 4,8 ц/га. Корреляционный анализ взаимосвязи урожайности и влагообеспеченности за годы исследований (1986–2020 гг.) показал среднюю существенную связь с суммой осадков и осадками июля (r=0,49…0,41).
Причины снижения урожайности (до 0,5…15,7 ц/га) по годам индивидуальны. При формировании среднего гарантированного урожая 17,7…26,0 ц/га достоверно возрастает роль осадков за весь вегетационный период озимой пшеницы (r=0,56), а также за осень и весну (r=0,31 и 0,61). Комфортный температурный режим, в среднем 19 °C в летний период, так же способствует повышению урожайности, возрастает зависимость от температуры зимой (r=0,66) и летом (r=-0,54).
Формирование высокой продуктивности (30,0…63,1 ц/га) возможно при наиболее полном обеспечении потребностей озимой пшеницы во влаге и тепле. В годы с максимальной урожайностью сложились следующие метеоусловия: сумма осадков за год – 389,4 мм, температура – 2,34 °C. По периодам вегетации – количество осадков за осень 97 мм, зима – 92 мм, весна – 77,4 мм, лето – 122,9 мм; температура – соответственно 8,9 °C, -12,5 °C, 4,2 °C и 18,5 °C.
Благодарности. Работа выполнена в рамках Государственного задания Министерства науки и высшего образования по направлению 4.1.2.1. «Поиск, сохранение, изучение генетических ресурсов растений и использование их в селекционном процессе при создании новых форм, сортов и гибридов сельскохозяйственных, лекарственных и ароматических культур» (тема № 0532-2021-0008).
1. Kim R. E., Mackey B. International environmental law as a complex adaptive system // International Environmental Agreements. 2014. Vol. 14. No. 1. Р. 5-24.
2. Дорохов Б. А., Васильева Н. М. Современные погодные условия и их воздействие на хозяйственные показатели озимой пшеницы // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2019. С. 106-111.
3. Иванов А. Л. Глобальное изменение климата и его влияние на сельское хозяйство России // Земледелие. 2009. С. 3-5.
4. Мамаев В. В. Изменения агрометеорологических условий в юго-западной части центра России и их влияние на урожайность озимой пшеницы // Вестник Алтайского ГАУ. 2021. №6 (200) С. 5-13.
5. Прянишников А. И., Левицкая Н. Г., Демакина И. И. Изменение экологических условий формирования продуктивности пшеницы в Поволжье // Зернобобовые и крупяные культуры. 2017. №3 (23). С. 58-63.
6. Пальчиков Е. В., Волков С. А., Мацнев И. Н. Урожайность и некоторые показатели качества зерна озимой пшеницы в зависимости от предшественников // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК-продукты здорового питания. 2017. № 2. С. 24-27.
7. Стабильность урожая озимой пшеницы - возможность расширения площадей возделывания / Л. Т. Мальцева, Е. А. Филиппова, Н. Ю. Банникова и др. // Кормопроизводство. 2020. № 7. С. 32-36.
8. Dockter C., Hansson M. Improving barley culm robustness for secured crop yield in a changing climate // Journal of Experimental Botany. 2015. Vol. 66. No. 12. Р. 3499-3509.
9. Федин М. А. Методика государственного сортоиспытания с/х культур. Москва: Министерство сельского хозяйства СССР, 1985. 269 с.
10. Урожайность и качество зерна сортов озимой пшеницы в зависимости от агрометеорологических условий / Г. Я. Маслова, М. Р. Абдряев, И. И. Шарапов и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018. Т. 20. № 2 (3). С. 455-458.
11. Зависимость урожая яровой пшеницы от вида севооборота и метеорологических условий / Ю. Ф. Курдюков, Н. Г. Левицкая, Л. П. Лощинина и др.// Земледелие. 2014. № 1. С. 41-43.
12. Ионова Е. В., Газе В. Л., Некрасов Е. И. Перспективы использования адаптивного районирования и адаптивной селекции сельскохозяйственных культур // Зерновое хозяйство России. 2013. № 3. С. 19-21.
13. Захаров А.И., Никитин С.Н., Шарипова Р.Б. Основные причины гибели озимых посевов в 2011/2012 гг. В Ульяновской области // Земледелие. 2014. № 2. С. 5-6.
14. Засуха в Оренбуржье и ее последствия / Н. А. Максютов, В. М. Жданов, В. Ю. Скороходов и др. // Земледелие. 2013. № 8. С. 3-4.
