Продуктивность и адаптивная способность сортов зерновых культур в лесостепи Северного Зауралья (стр. 1 )

На правах рукописи

Продуктивность и адаптивная способность сортов зерновых культур в лесостепи

Северного Зауралья

06.01.05 – селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Тюмень - 2011

Работа выполнена на кафедре технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства Тюменской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

доктор сельскохозяйственных наук, с. н.с.

Ведущая организация: Алтайский государственный аграрный

университет

Защита состоится «24» декабря 2011 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии .

Тел./; E-mail: *****@***ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.

Автореферат разослан «23» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат с.-х. наук _____________________

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Западная Сибирь является крупнейшим регионом производства зерна в стране.

Континентальность климата, сложный характер экологических условий Северного Зауралья приводят к сильной изменчивости урожайности зерновых культур. В связи с этим проблема роста урожайности в этом регионе должна сочетаться с элементами ее стабилизации.

В настоящее время в массовом производстве реализуется лишь 50-60 % генетического потенциала допущенных к использованию сортов. Главная причина этого – недостаточный уровень адаптивности районированного сортимента, который выступает в качестве решающего фактора реализации потенциальной продуктивности в нерегулируемых условиях среды (Неттевич, 2001; Гончаренко, 2005). В связи с этим селекционные программы должны быть ориентированы на создание адаптивных сортов зерновых культур, характеризующихся стабильностью по основным признакам урожайности и качества зерна.

Изучение сортов зерновых культур в динамике лет их допуска к использованию по урожайности и адаптивной способности позволяет вскрыть резервы роста реальной их продуктивности, выявить роль селекции в повышении урожайности, а также обосновать дальнейшее направление ее совершенствования.

Цель исследований – комплексная оценка сортов зерновых культур по продуктивности и параметрам адаптивности.

Задачи исследований.

1. Изучить количественные признаки и урожайность сортов зерновых культур в динамике лет допуска к использованию и выявить долю вклада факторов в их общую изменчивость.

2. Определить величину реализации потенциала урожайности сортов.

3. Дать оценку сортам по стрессоустойчивости, отзывчивости на изменение условий, общей и специфической адаптивной способности.

4. Выявить связь урожайности с элементами ее структуры и параметрами адаптивности сортов.

Научная новизна. Впервые в условиях лесостепи Северного Зауралья дана комплексная оценка сортам яровой пшеницы и овса по урожайности и параметрам адаптивности, выявлены особенности их изменения в динамике лет допуска сортов к использованию. Определена величина реализации потенциала урожайности сортов, их генотипический эффект и связь урожайности с параметрами адаптивности. Выделены сорта, сочетающие высокий уровень урожайности с отзывчивостью на изменение условий, общей адаптивной способностью и стабильностью.

Основные положения, выносимые на защиту:

- в динамике лет допуска к использованию сортов яровой пшеницы и овса выявлено повышение основных элементов структуры урожайности;

- у сортов яровой пшеницы и овса, допущенных к использованию по Западно-Сибирскому региону в различные годы, повышение урожайности и отзывчивости на изменение условий сопровождается снижением параметров адаптивности.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Различный уровень отзывчивости сортов на изменение условий и уровень их стабильности необходимо учитывать при формировании оптимальной сортовой структуры посевов зерновых культур, исходя из уровня культуры земледелия хозяйств и особенностей условий почвенно-климатических зон. Выделенные по итогам исследований сорта зерновых культур, и, в частности овса, с высокими значениями показателей урожайности, отзывчивости на изменение условий, стабильности, общей и специфической адаптивной способности, используются в селекционном процессе НИИ сельского хозяйства Северного Зауралья при выведении высокопродуктивных и экологически устойчивых сортов зерновых культур. Результаты исследований используются в учебном процессе студентами и аспирантами Агротехнологического института Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на заседаниях кафедры технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства ТГСХА ( гг.), на VI Международной научно-практической конференции «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (Барнаул, 2011), Международной научно-практической конференции «Научные исследования – основа модернизации сельскохозяйственного производства» (Тюмень, 2011), на региональных научно-практических конференциях молодых ученых: «Современные тенденции развития АПК в Северном Зауралье» (Тюмень, 2009), «Инновации молодых ученых агропромышленному комплексу Сибири и Урала» (Тюмень, 2010), «Научно-техническое творчество молодежи – агропромышленному комплексу Урала и Сибири» (Тюмень, 2010).

Личный вклад соискателя. Полевые опыты, анализ экспериментальных данных и математическая обработка результатов выполнены лично на кафедре технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 1 – в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 179 страницах и состоит из введения, семи глав, общих выводов и практических рекомендаций. Содержит 34 таблицы, 7 рисунков и 15 приложений. Библиографический список включает 304 источника, в т. ч. 26 – на иностранных языках.

Содержание работы

1 Обзор литературы

В главе приводится обзор литературы о роли сорта в повышении урожайности, проблема реализации его потенциальной продуктивности и формирования оптимальной сортовой структуры посевов. Дается характеристика изменчивости морфофизиологических признаков, элементов структуры урожайности и их связи с урожайностью. Освещается проблема адаптивного потенциала сортов, его значения в повышении урожайности и ее стабильности.

2 Материал, методика и условия проведения исследований

Материал и методика исследований. Полевые опыты закладывались на опытном поле Агротехнологического института Тюменской ГСХА в гг. Опытное поле расположено в зоне северной лесостепи.

Почва опытного участка – чернозем выщелоченный тяжелосуглинистый с мощностью гумусового горизонта 30-35 см. В слое 0-30 см содержание гумуса 6-8 %, азота (по Къельдалю) – 0,39-0,42 %, валовое содержание фосфора – 0,15-0,20 %, pHводн. – 5,20-6,40.

Материалом исследования служили сорта яровой пшеницы и овса, допущенные к использованию в разные годы в Тюменской области, а также перспективные сорта, находящиеся в госсортоиспытании. Предшественник в опыте – занятый пар. Агротехника возделывания зерновых культур соответствовала общепринятой для данной зоны.

Посев сортов зерновых культур проводили во второй декаде мая сеялкой ССФК-16. Норма высева яровой пшеницы – 6,2 млн. всх. семян на 1 га, овса – 5,0 млн. всх. семян на 1 га. Полевые опыты заложены согласно Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985). Повторность опыта – четырехкратная, размещение сортов – систематическое. Учетная площадь делянки – 10 м².

Учеты и наблюдения в опыте проводились по Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1971).

Отзывчивость на изменение условий (коэффициент регрессии) сортов зерновых культур по урожайности и элементов ее структуры определялась по Эберхарту, Расселу (Eberhart, Russell, 1966).

Оценку частных различий между сортами зерновых культур по урожайности по годам исследования, а также генотипический эффект сортов определяли согласно методическим указаниям по экологическому сортоиспытанию зерновых культур (Методические указания по экологическому…, 1980).

Стрессоустойчивость сортов определяли по Россилли, Хемблину (Rossielle, Hemblin, 1981) в изложении (2005).

Реализацию потенциала урожайности сортов зерновых культур рассчитывали по методу (2001).

Эффект общей адаптивной способности сортов (ОАСi), варианса специфической адаптивной способности (δСАСi), а также относительная стабильность генотипов (Sgi) и селекционная их ценность (СЦГi) определялись по методике , (1985).

Математическая обработка экспериментальных данных (изменчивость признаков, дисперсионный и корреляционный анализ) была проведена по (1985) на ПЭВМ по программам из пакета «Анализ для Microsoft Exel».

Характеристика агрометеорологических условий в годы проведения исследований. Агрометеорологические условия 2008 года сложились благоприятно для роста и развития зерновых культур. Средняя температура воздуха во все месяцы вегетационного периода была выше среднемноголетних значений. В мае количество осадков было близко к среднемноголетнему значению, а в июне наблюдалось их недостаточное количество (на 32 % ниже нормы), особенно во вторую декаду, что отрицательно сказалось на формировании продуктивной кустистости растений. Июль, и особенно август, были влажными. В августе количество осадков было в два раза больше среднемноголетнего значения (105,6 мм при среднемноголетнем значении 58 мм).

Агрометеорологические условия 2009 года сложились неблагоприятно для роста и развития зерновых культур. Май, июнь и август характеризовались температурами выше, а июль – ниже среднемноголетних значений. Количество осадков за вегетационный период было ниже среднемноголетних значений. Особенно засушливым был июнь, когда количество осадков составило всего 17 мм, что в 3,7 раза ниже среднемноголетнего значения. Это отрицательно сказалось на развитии зерновых культур и, в конечном счете, урожайности.

Агрометеорологические условия 2010 года были наиболее благоприятными для роста и развития зерновых культур. Температура воздуха в июне, июле и, особенно, в августе, была выше среднемноголетних значений. В мае и июне осадков выпало больше нормы, что благоприятно сказалось на развитии растений. В июле и августе осадков выпало меньше нормы.

3 Характеристика морфофизиологических признаков и элементов структуры урожайности сортов зерновых культур

Полнота всходов в среднем у сортов зерновых культур характеризовалась более высоким значением у овса (82,2 %). По данному признаку у яровой пшеницы выделился сорт Лютесценс 70, а у овса – сорт Талисман.

Выживаемость растений в среднем за годы исследований наибольшая у овса (77,3 %). Лучшими сортами по данному показателю в среднем за годы исследований были у яровой пшеницы Лютесценс 70, а у овса – сорт Перона.

Продолжительность периода всходы-восковая спелость у яровой пшеницы в среднем за годы исследования составила 83 сут, а у овса – 78 сут. Наименьшая продолжительность вегетационного периода в условиях северной лесостепной зоны у яровой пшеницы отмечена у сорта Тюменская 80, а у овса – у сорта Пегас. В динамике лет допуска сортов к использованию нами выявлено незначительное повышение продолжительности вегетационного периода.

Изменчивость продолжительности вегетационного периода у всех сортов зерновых культур слабая.

Высокой отзывчивостью на изменение условий по продолжительности вегетационного периода характеризовался сорт яровой пшеницы Лубнинка (bi=1,17). У остальных сортов этой культуры коэффициент регрессии близкий к единице, что характеризует их как пластичные. У сортов овса расчет коэффициентов регрессии выявил их отрицательное значение, что говорит об их повышенной адаптивности к неблагоприятным условиям в отношении данного признака.

Высота растений в среднем по сортам за годы исследований у яровой пшеницы и овса была одинаковой (76 см). Наименьшей высотой растений у яровой пшеницы характеризовался сорт Авиада (73 см), а у овса – сорт Пегас (75 см). В динамике лет допуска сортов к использованию выявлено снижение высоты растений у яровой пшеницы.

Площадь листьев одного растения в фазе колошение (выметывание метелки) в среднем по сортам наибольшей была у овса (49,4 см2). В среднем за годы исследования у яровой пшеницы по площади листьев выделились сорта Лютесценс 70 и Скэнт 3, а у овса – Мегион и Талисман. В динамике лет допуска сортов к использованию отмечено повышение площади листьев у изучаемых нами культур.

Изменчивость площади листьев у сортов яровой пшеницы средняя, а у овса – слабая. Низкой изменчивостью данного признака характеризовались сорта Тюменская 80 (9,4 %, яровая пшеница) и Талисман (7,8 %, овес).

Коэффициент регрессии (показатель отзывчивости сортов на изменение условий) по величине формирования площади листьев у сортов овса ниже единицы, что характеризует их как слабо реагирующие на изменение условий. У сортов яровой пшеницы данный коэффициент близкий единице, что характеризует их как пластичные.

Фотосинтетический потенциал в среднем по изучаемым сортам зерновых культур у яровой пшеницы составил 1085,8, а у овса – 1155,6 см2·сут. В среднем за годы исследования по данному показателю у яровой пшеницы выделился сорт Скэнт 3 (1136,2 см2·сут.), у овса – Талисман (1216,3 см2·сут.). В динамике лет допуска сортов к использованию отмечено повышение фотосинтетического потенциала у всех сортов изучаемых культур.

Коэффициент хозяйственной эффективности (Кхоз.) в среднем по изучаемым сортам был наибольшим у овса (36,0 %). В среднем за годы исследований высоким показателем Кхоз у яровой пшеницы характеризовался сорт Лютесценс,8 %), а у овса – сорт Талисман (38,1 %). Независимо от изучаемых культур в динамике лет допуска сортов к использованию нами выявлена тенденция повышения Кхоз.

Число продуктивных стеблей в среднем по изучаемым сортам у яровой пшеницы больше, чем у овса. В среднем за годы исследований высоким значением данного признака у яровой пшеницы характеризовались сорта Лютесценсшт./м2) и Тюменскаяшт./м2), а у овса – сорта Мегион (293 шт./м2) и Таежник (289 шт./м2). В динамике лет допуска сортов к использованию, а также у перспективных сортов, нами отмечена тенденция снижения среднего числа продуктивных стеблей, за исключением сортов Лютесценс 70 (яровая пшеница) и Мегион (овес).

Число зерен в колосе (метелке) в среднем по изучаемым сортам составило у овса 39 шт., а у яровой пшеницы – 28 шт. Лучшим сортом по данному признаку у яровой пшеницы был Лютесценсшт.), а у овса – сорт Перона (41 шт.). В динамике лет допуска сортов к использованию нами отмечено повышение числа зерен в колосе (метелке).

Изменчивость числа зерен в колосе (метелке) сортов зерновых культур, варьировала от слабой до средней. Наименьшей изменчивостью данного элемента структуры урожайности у яровой пшеницы характеризовался сорт Авиада (12,5 %), а у овса – Мегион (7,5 %).

В целом сорта яровой пшеницы и овса слабо реагировали на изменение условий при формировании озерненности колоса (метелки). При этом большинство сортов яровой пшеницы и сорт овса Мегион имели отрицательный знак коэффициента регрессии, что характеризует их как высокоадаптивные к неблагоприятным условиям среды.

Масса 1000 зерен в среднем по изучаемым сортам за годы исследований была больше у овса и составила 38,1 г. У яровой пшеницы лучшим по данному признаку был сорт Скэнт 3 (38,8 г), а у овса – сорт Талисман (38,9 г). Независимо от изучаемой культуры в динамике лет допуска сортов к использованию, а также перспективных сортов, нами выявлено повышение массы 1000 зерен.

Изменчивость массы 1000 зерен сортов зерновых культур слабая независимо от изучаемой культуры. Наименьшей величиной изменчивости данного элемента структуры урожайности у яровой пшеницы характеризовался сорт Лютесценс 70 (3,9 %), а у овса – Таежник (5,2 %).

Отзывчивость сортов на изменение условий по массе 1000 зерен низкая у обеих изучаемых культур. Высокой отзывчивостью на изменение условий среди изученных нами сортов яровой пшеницы характеризовался сорт Авиада (bi = 1,02), а овса – Мегион (bi = 1,41). Таким образом, исходя из величины коэффициента регрессии (у большинства сортов меньше единицы) можно сделать заключение, что по данному признаку сорта лучше адаптированы к средним и худшим условиям.

Масса зерна колоса (метелки) в среднем по изучаемым сортам у овса составила 1,07 г, а у яровой пшеницы – 0,89 г. По данному признаку у яровой пшеницы выделился сорт Лютесценс 70, а у овса – сорт Талисман. В динамике лет допуска сортов к использованию, а также у перспективных сортов, нами выявлена тенденция повышения массы зерна колоса (метелки) у яровой пшеницы и овса (табл. 1).

Изменчивость массы зерна колоса (метелки) слабая у большинства сортов зерновых культур. Самые низкие ее значения у яровой пшеницы отмечены у сорта Лубнинка (5,7 %), а у овса – у сорта Мегион (4,5 %). Наиболее высокой отзывчивостью на изменение условий по массе зерна с колоса (метелки) из всего набора изучаемых сортов зерновых культур характеризовались сорта овса Перона (bi = 1,27) и Пегас (bi = 1,32).

Коэффициент регрессии остальных сортов овса близкий единице, что характеризует их как пластичные в отношении формирования данного элемента структуры урожайности. У сортов яровой пшеницы коэффициенты регрессии носят отрицательный знак, что говорит об их повышенной адаптивности к неблагоприятным условиям в отношении данного признака.

Таблица 1 – Масса зерна колоса (метелки) сортов зерновых культур (г), гг.

Сорт	Год допуска к использованию	min	max	x	%*	v,%	bi
Яровая пшеница
Тюменская 80	1985	0,81	0,92	0,86	100	7,0	-0,27
Лютесценс 70	1993	0,87	0,99	0,93	108,1	6,4	-0,27
Скэнт 3	2003	0,84	0,97	0,90	104,6	6,7	-0,15
Авиада	2004	0,82	0,94	0,88	102,3	6,8	-0,22
Лубнинка	-	0,82	0,92	0,87	101,2	5,7	-0,37
х				0,89
Овес
Таежник	1974	0,93	1,09	1,00	100	8,0	0,96
Перона	1985	0,97	1,19	1,07	107,0	10,3	1,27
Мегион	1993	1,08	1,17	1,11	111,0	4,5	0,55
Талисман	2002	1,02	1,21	1,13	113,0	8,8	1,08
Пегас	-	0,93	1,15	1,02	102,0	11,8	1,32
х				1,07

* яровая пшеница к сорту Тюменская 80, овес – к сорту Таежник