сотрудник
Россия
сотрудник
сотрудник
сотрудник
Россия
УДК 631.434.6 Сохранение и улучшение структуры
УДК 633.11 Пшеница. Triticum ssp.
В статье изложены результаты многолетних исследований (1982–2018 гг.) по оценке изменения термических ресурсов вегетационного периода и их влияния на урожайность яровой пшеницы. Работа выполнена в условиях северной части Среднего Поволжья на серых лесных почвах. Почва опытного участка серая лесная среднесуглинистая, содержание гумуса (по Тюрину) 2,8…3,2 %, подвижного фосфора и калия (по Кирсанову) – 105…184 и 79…149 мг/100 г почвы соответственно, рНсол. – 5,6…5,8. За период наблюдений отмечен наибольший рост температуры в июле (2,4 ℃) и мае (2,2 ℃), а самый низкий – в июне (1,0 ℃). Сумма эффективных температур более 10 ℃ за исследуемый период увеличилась на 500 ℃. Урожайность яровой пшеницы, возделываемой без внесения удобрений, сильно варьировала по годам в пределах от 0,99 до 2,97 т/га. Наибольшую величину этого показателя наблюдали при среднемесячной температуре воздуха в мае около 13 ℃, июне – 17 ℃, июле – 18 ℃ и сумме активных температур – 1800 ℃. Изученные термические ресурсы по значимости влияния на урожайность яровой пшеницы можно расположить в следующий убывающий ряд: средняя температура воздуха в июне > средняя температура воздуха в июле > сумма эффективных температур выше 10 оС > средняя температура воздуха в мае. Для описания зависимости урожайности зерна яровой пшеницы от термических ресурсов в трех случаях из четырёх лучше подходило полиномиальное уравнение второй степени, и в одном случае – экспоненциальное уравнение.
яровая пшеница (Triticum aestivum), серая лесная почва, урожайность, температура воздуха, сумма эффективных температур, корреляция урожайности
Введение. Климат определяет географическое распространение и успешность возделывания всех сельскохозяйственных культур, а продуктивность растений в основном определяется количеством тепла и влаги за вегетационный период [1, 2, 3]. В последние годы в связи со значительными изменениями метеоусловий в период вегетации сельскохозяйственных культур проводятся масштабные исследования по адаптации различных аспектов аграрного производства к их последствиям [4, 5, 6].
Тесная отрицательная зависимость (r=-0,690) между урожайностью яровой пшеницы и суммой эффективных температур свидетельствует о том, что повышенные температуры оказывают отрицательное воздействие на формирование урожая культуры [7, 8, 9].
Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур и устойчивости земледелия – самые актуальные задачи сельского хозяйства страны [10, 11, 12]. Для лучшего использования агроклиматических ресурсов необходимо располагать точными сведениями о ресурсах урожая в конкретной обстановке (зона, хозяйство, поле) и конкретных погодных условиях [13, 14]; знать закономерности формирования урожая в зависимости от совокупности агрометеорологических, почвенных и других факторов; понимать пути рационального использования, прежде всего лимитирующих урожай, факторов [15, 16, 17]
Цель исследования – оценка влияния изменения термических ресурсов вегетационного периода на урожайность яровой пшеницы за период 1982–2018 гг. в условиях Среднего Поволжья.
Условия, материалы и методы. Работа выполнена на опытном поле Казанского государственного аграрного университета, в условиях северной части Среднего Поволжья на серых лесных почвах. Почва опытного участка – серая лесная среднесуглинистая, содержание гумуса (по Тюрину) – 2,8…3,2 %, подвижного фосфора и калия (по Кирсанову) – 105…184 и 79…149 мг/100 г почвы соответственно, рНсол. – 5,6…5,8.
Климатические условия северной части Среднего Поволжья в целом благоприятны для выращивания яровой пшеницы. Среднегодовая температура воздуха составляет 2,6 ℃, сумма за вегетационный период – 1675 ℃. Средняя месячная температура воздуха в летний период довольно высокая и от месяца к месяцу изменяется незначительно: в июне – 16…17 ℃, в июле – 17…20 ℃, в августе – 16…17,5 ℃. Наибольшее количество осадков выпадает в теплый период с максимумом в июле – 50…65 мм. Количество осадков, выпадающих за летний период, по территории региона неравномерно – от 280 до 350 мм, но этого достаточно для увлажнения почвы и произрастания растительности. Несмотря на то, что увлажнение территории чаще всего достаточное, в отдельные годы возможны засушливые и суховейные периоды [18, 19, 20].
В период с 1982 по 2018 гг. сильные засухи в мае и июне отмечали в 1984, 1988, 1991, 1998, 1999, 2010, 2013 и 2014 гг. [21, 22, 23].
Мы обобщили и проанализировали многолетние данные по тепловым ресурсам вегетационного периода и урожайности яровой пшеницы на серой лесной почве в условиях Предкамской зоны Среднего Поволжья.
Результаты и обсуждение. За 37 лет урожайность яровой пшеницы на неудобренной серой лесной почве сильно варьировала по годам (максимальная величина этого показателя превышала минимальную в 3 раза) и характеризовалась весьма слабой тенденцией роста (рис. 1).
Рис. 1 – Динамика урожайности яровой пшеницы без внесения минеральных
удобрений за 1982–2018 гг.
В среднем за период наблюдений (1982–2018 гг.) среднемесячные температуры воздуха в мае, июне и июле составляли соответственно13,7; 18,1 и 20,3 оС со значительными изменениями по годам. Максимальная амплитуда среднемесячной температуры воздуха отмечена в июле (от 25,9° до 16,5°, или 9,4 оС), минимальная – в июне (от 21,8° до 13,6°, или 8,2 оС).
Рис. 2 – Временные ряды среднемесячной температуры воздуха в мае-июле
за период 1982–2018 гг.
Временные ряды среднемесячной температуры воздуха с линейным трендом за 1982–2018 гг. иллюстрируют тенденцию роста температуры воздуха в течение всех трёх месяцев вегетационного периода (рис. 2). Линии тренда показывают, что более заметное ее увеличение за исследуемый период происходит в июле (около 2,4 оС) и мае (около 2,2 оС), а наименьшее – в июне (около 1,0 оС). Судя по величине коэффициента детерминации, примерно так же можно расположить месяцы по тесноте линейной корреляции между средней температурой воздуха и временным фактором: июль (R2=0,1270) > май (R2=0,1022) > июнь (R2=0,0166).
Особенно наглядно увеличение термических ресурсов вегетационного периода за исследуемый период иллюстрирует сумма эффективных температур выше 10 оС (рис. 3). За 37 лет она увеличилась примерно на 500 оС, а теснота корреляции между ростом термических ресурсов и временным фактором оказалась весьма высокой (R2=0,6187).
Рис. 3 – Временной ряд суммы эффективных температур воздуха выше 10 оС в мае-июле за период 1982–2018 гг.
Уравнения линейной зависимости урожайности от среднемесячной температуры воздуха свидетельствуют о наличии между этими факторами обратной корреляции и позволяют утверждать, что обеспеченность термическими ресурсами вегетационного периода для яровой пшеницы достаточная и даже избыточная (рис. 4).
Рис. 4 – Зависимость урожайности зерна яровой пшеницы от среднемесячной температуры воздуха в мае-июле за период 1982–2018 гг.
Величины изученных показателей термических ресурсов по значимости влияния на урожайность яровой пшеницы можно расположить в следующий убывающий ряд: средняя температура воздуха в июне > средняя температура воздуха в июле > сумма эффективных температур выше 10 оС > средняя температура воздуха в мае.
Для описания зависимости урожайности зерна яровой пшеницы от термических ресурсов в трех случаях из четырёх лучше подходило полиномиальное уравнение второй степени, в одном – экспоненциальное уравнение (см. табл.).
Таблица – Характер и теснота корреляции урожайности зерна яровой пшеницы от термических ресурсов вегетационного периода за 1982–2018 гг.
|
Линии тренда |
Уравнение |
Коэффициент детерминации (R²) |
|
Средняя температура воздуха в мае, оС |
||
|
Линейная |
y = -0,0438x + 2,5854 |
0,0407 |
|
Логарифмическая |
y = -0,516ln(x) + 3,3276 |
0,0330 |
|
Полиномиальная 2* |
y = -0,0188x2 + 0,46x - 0,6961 |
0,0809 |
|
Степенная |
y = 4,1754x-0,299 |
0,0340 |
|
Экспоненциальная |
y = 2,7078e-0,025x |
0,0413 |
|
Средняя температура воздуха в июне, оС |
||
|
Линейная |
y = -0,1102x + 3,9853 |
0,2645 |
|
Логарифмическая |
y = -1,9ln(x) + 7,4763 |
0,2454 |
|
Полиномиальная 2* |
y = -0,0285x2 + 0,9212x - 5,2147 |
0,3485 |
|
Степенная |
y = 53,181x-1,15 |
0,2758 |
|
Экспоненциальная |
y = 6,4252e-0,067x |
0,2969 |
|
Средняя температура воздуха в июле, оС |
||
|
Линейная |
y = -0,0915x + 3,8452 |
0,1377 |
|
Логарифмическая |
y = -1,864ln(x) + 7,5908 |
0,1356 |
|
Полиномиальная 2* |
y = -0,0046x2 + 0,1016x + 1,8591 |
0,1405 |
|
Степенная |
y = 65,542x-1,174 |
0,1652 |
|
Экспоненциальная |
y = 6,2609e-0,058x |
0,1711 |
|
Сумма эффективных температур выше 10 оС |
||
|
Линейная |
y = 0,0003x + 1,4267 |
0,0197 |
|
Логарифмическая |
y = 0,6457ln(x) - 2,8369 |
0,0261 |
|
Полиномиальная 2* |
y = -4E-06x2 + 0,0145x - 11,093 |
0,1570 |
|
Степенная |
y = 0,1438x0,3468 |
0,0231 |
|
Экспоненциальная |
y = 1,4176e0,0002x |
0,0176 |
*2-й степени.
Ориентировочными оптимальными уровнями обеспеченности термическими ресурсами для формирования максимальной урожайности яровой пшеницы без внесения удобрений следует считать среднемесячную температуру воздуха в мае около 13 оС, в июне – около 17 оС, в июле – около 18 оС, сумму эффективных температур выше 10 оС – около 1800 оС.
Выводы. Во временном ряду 37 лет урожайность яровой пшеницы на неудобренной серой лесной почве сильно варьировала по годам (разница между максимальной и минимальной урожайностью – 3 раза) и характеризовалась весьма слабой тенденцией роста.
В среднем за период наблюдений (1982–2018 гг.) максимальная амплитуда колебаний среднемесячной температуры воздуха отмечена в июле (9,4 оС), минимальная – в июне (8,2 оС). Более заметный рост температуры отмечен в июле (около 2,4 оС) и мае (около 2,2 оС), наименьший – в июне (около 1,0 оС).
Сумма эффективных температур выше 10 оС за 37 лет выросла примерно на 500 оС, теснота корреляции между ростом термического ресурса и временным фактором оказалась достаточно высокой – R2=0,6187.
Изученные показатели термических ресурсов по значимости влияния на урожайность яровой пшеницы можно расположить в убывающий ряд: средняя температура воздуха в июне > средняя температура воздуха в июле > сумма эффективных температур выше 10 оС > средняя температура воздуха в мае.
Ориентировочные оптимальные уровни обеспеченности термическими ресурсами для формирования максимальной урожайности яровой пшеницы без внесения удобрений: среднемесячная температура воздуха в мае – около 13 оС, в июне – около 17 оС, в июле – около 18 оС, сумма эффективных температур выше 10 оС – около 1800 оС.
1. Муратов М. Р., Гилязов М. Ю. Корреляция урожайности зерновых и зернобобовых культур от агрохимических параметров почв и погодных условий // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2015. Т. 10. № 2 (36). С. 128-135.
2. Колесар В. А., Зиганшин А. А., Сафин Р. И. Оценка влияния агроклиматических изменений на развитие болезней яровой пшеницы в Предкамье Республики Татарстан // Зерновое хозяйство России. 2017. № 2 (50). С. 45-47.
3. Wheat breadmaking properties in dependence on wheat enzymes status and climate conditions / J. Tomica, A. Torbica, L. Popovic, et al. // Food Chemistry. 2016. Vol. 199. P. 565-572.
4. Сроки посева - важная составляющая технологии возделывания тритикале при усилении засушливости климата / К.Н. Бирюков, А.И. Грабовец, А.В. Крохмаль и др. // Достижения науки и техники АПК. 2022. Т. 36. № 2. С. 32-36.
5. Трансформация засоленных почв виноградников под влиянием изменений региональных метеорологических параметров / Е.А. Черников, В.П. Попова, О.В. Ярошенко и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2021. № 1. С. 38-41.
6. Панфилов А.Э., Овчинников П.Ю. Региональные изменения климата и технология выращивания кукурузы на зерно на Южном Урале // Земледелие. 2022. № 1. С. 30-34.
7. Оценка потерь урожайности от засухи с помощью динамико-статистической модели прогнозирования продуктивности сельскохозяйственных культур / А. Д. Клещенко, В. М. Лебедева, Т. А. Гончарова и др. // Метеорология и гидрология. 2016. № 4. С. 94-102.
8. Формирование стеблестоя, рост корневой системы и урожайность агроценоза полбы (Triticum dicoccum Schrank) в зависимости от агротехнологических приемов возделывания / Ф. Ш. Шайхутдинов, И. М. Сержанов, Д. К. Зиннатуллин и др. // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 5. С. 21-25.
9. Гаптрашитов З. А., Реутов С. П. Климат и урожай. Казань: Тат. кн. изд-во, 1986. 112 с.
10. Variation in protein composition among wheat (Triticum aestivum L.) cultivars to identify cultivars suitable as reference material for wheat gluten analysis / L. Hajas, K. Scherf, K. Torok, et al. // Food Chemistry. 2018. Vol. 267. P. 387-394.
11. Eco-efficient production of spring barley in a changed climate: A Life Cycle Assessment including primary data from future climate scenarios / M. Niero, C. H. Ingvordsen, P. Peltonen-Sainio, et al. // Agricultural Systems. 2015. Vol. 136. P. 46-60.
12. Методология управления устойчивым развитием сельского хозяйства в условиях деградации почв и изменения климата / А.С. Строков, О.А. Макаров, Е.В. Цветнов и др. // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 5. С. 82-87.
13. Бесалиев, И. Н. Водоудерживающая способность растений сортов яровой мягкой пшеницы в засушливых условиях Оренбургского Приуралья / И. Н. Бесалиев, А. Л. Панфилов, Н. С. Регер // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2022. - № 3(59). - С. 20-25. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-3-20-25.
14. Васильева, Т. Н. Воздействие агроклиматических факторов на продуктивность сельскохозяйственных угодий Оренбуржья / Т. Н. Васильева, А. А. Зоров, З. Н. Рябинина // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2022. - № 3(59). - С. 26-30. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-3-26-30.
15. Кирьякова, М. Н. Оценка адаптивной способности и взаимодействий генотипа и среды перспективных линий яровой твердой пшеницы в условиях Омской области / М. Н. Кирьякова, В. С. Юсов, М. Г. Евдокимов // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). - 2022. - № 2(63). - С. 19-25. - DOIhttps://doi.org/10.31677/2072-6724-2022-63-2-19-25.
16. Перспективы и особенности возделывания яровой твердой пшеницы в Оренбургской области / Г. В. Петрова, Ф. Г. Бакиров, И. В. Васильев [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2022. - Т. 36, № 11. - С. 21-25. - DOIhttps://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_11_21.
17. Адаптивность и экологическая устойчивости сортов твердой пшеницы в условиях Оренбургской области / А. А. Новикова, О. С. Гречишкина, А. А. Емельянова [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2022. - Т. 36, № 10. - С. 33-37. - DOIhttps://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_10_33.
18. Адаптивные технологии возделывания полевых культур / М. Ф. Амиров, В. П. Владимиров, И. М. Сержанов и др. Казань: Изд-во «Бриг», 2018. 124 с.
19. Миникаев, Д. Т. Влияние различных препаратов на посевные качества семян яровой пшеницы / Д. Т. Миникаев, Е. А. Прищепенко, Р. Р. Газизов // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2022. - № 4(60). - С. 59-63. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-4-59-63.
20. Мальчиков, П. Н. Графический (с применением GGE biplot методов) анализ урожайности и её стабильности в процессе селекции яровой твердой пшеницы в Среднем Поволжье / П. Н. Мальчиков, М. Г. Мясникова, Т. В. Чахеева // Достижения науки и техники АПК. - 2022. - Т. 36, № 6. - С. 11-16. - DOIhttps://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_6_11.
21. Валиев А. Р., Габдрахманов И. Х., Сафин Р. И. Система земледелия Республики Татарстан. Инновация на базе традиции. Ч. 1 Общие аспекты системы земледелия. Казань: Центр инновационных технологий, 2014. Изд. 2-е. 168 с.
22. Ибятов Р. И., Шайхутдинов Ф. Ш., Валиев А. А. Анализ урожайности яровой пшеницы методом главных компонент // Зерновое хозяйство России. 2017. № 2 (50). С. 17-22.
23. Шайтанов О. Л., Тагиров М. Ш. Основные тенденции изменения климата Татарстана в XXI веке (справочник). Казань: Фолиант, 2018. 64 с.
