Модификационное воздействие агротехнических приемов на качество семян зерновых культур и прогнозирование их потенциальных возможностей в условиях среднего Поволжья

Модификационное воздействие агротехнических приемов на качество семян зерновых культур и прогнозирование их потенциальных возможностей в условиях Среднего Поволжья

Л.В. Карпова, д.с.-х.н, профессор, Пензенская ГСХА

Ключевые слова: семена, воздействие, приемы, качество, культуры, прогнозирование, возможность, изменчивость.

Семена сельскохозяйственных растений выступают как комплекс генетических, физических и физиобиохимических свойств, поэтому в них сосредоточено все необходимое для воспроизводства нового поколения [1, 2].

Растения обладают способностью в пределах генотипа реагировать на условия внешней среды значительным изменением фенотипических признаков, что может существенно повлиять на качество семенного материала и его урожайные свойства в потомстве [3]. Проявление такой изменчивости принято называть разнокачественно-стью семян. Это биологически полезное, выработанное в процессе эволюции приспособительное свойство организмов к условиям существования, направленное на сохранение вида [4, 1].

И.Г. Строна выделил три категории разнока-чественности семян: генетическую, матрикаль-ную и экологическую, формирующуюся под влиянием условий выращивания [5].

К.Е. Овчаров и Е.Г. Кизилова утверждают, что неравноценность семян, вызванная экологическими факторами, не затрагивает генетическую основу сорта и носит характер ненаследственной модификационной изменчивости [6].

Н.И. Вавилов основной задачей агрономии считал создание условий, способствующих выявлению потенциальных возможностей генотипа, он отмечал, что самое пристальное внимание необходимо обращать на взаимоотношение среды и сорта, выявление индивидуальных особенностей по агротехнике, удобрениям, подбору определенных условий и районов культуры [7].

Исследованиями Ю.Н. Яблокова установлено, что вызвать модификацию растений может качество посевного материала — крупность, вы-равненность семян, всхожесть, сила роста [8].

Значение модификаций в полеводстве чрезвычайно велико, так как в основном все агротехнические мероприятия имеют задачу заставить возделываемый сорт модифицировать в положительном направлении настолько сильно, насколько он способен изменяться по своему генотипу.

Экспериментальная работа по изучению модифицирующего влияния предшественников и фонов питания на посевные качества семян ячменя и яровой пшеницы была выполнена в семе-

новодческом хозяйстве им. Ильича Колышлейс-кого района Пензенской области и на опытном поле учхоза Пензенской ГСХА.

Цель исследований — установить влияние приемов технологии возделывания на посевные качества и урожайные свойства семян.

Почва опытных участков — чернозем выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый с содержанием гумуса в пахотном слое 5,85—6,50%; гидролизуемого азота 107—180 г на 1 кг почвы, фосфора 80—103 и обменного калия 98—135 г на

1 кг почвы. Реакция почвенного раствора рН — 4,9—5,2.

Исследования по изучению влияния минеральных удобрений на урожай, посевные качества и урожайные свойства семян ячменя проводили по сорту Нутанс 244.

Схема опыта: 1) контроль (без удобрений); 2) ^0Р30; 3) ^0Р60; 4) ^0Р90; 5) ^0Р30К20;

6) ^0Рб0К40; 7) ^0Р90Кб0. Норма высева 5 млн. всхожих зерен на 1 га.

Продуктивность культуры ячменя в проведенных исследованиях зависела от дозы вносимых удобрений и определялась гидротермическими условиями.

В засушливых условиях при ГТК—0,5 эффективность вносимых удобрений соответствовала прибавке урожая по вариантам опыта 3,0—20,1%. При повышении влагообеспеченности растений (ГТК—2,4) прибавка урожая возрастала и составила 16,9—27,5%, а при оптимальных гидротермических условиях периода вегетации (ГТК—0,9) превышение над контролем составило 9,9—45,3%.

Анализ химического состава семенного материала ячменя, выращенного при внесении разных доз удобрений, свидетельствует о влиянии их на содержание в зерне азота, фосфора и калия (табл. 1).

Отмечено увеличение содержания этих элементов в зерне ячменя на удобренном фоне. Так, содержание азота по вариантам опыта увеличилось на 0,04—0,14 мг на одно зерно, или на 5,7— 20,0%, по сравнению с контролем, фосфора — на 0,03—0,06 мг, или на 10,3—20,7%, и калия — на 0,01—0,05 мг, или на 4—20% соответственно.

Наибольшее количество белка — 5,06—5,27 мг на 1 зерно, азота — 0,81—0,84, фосфора — 0,35, калия — 0,28—0,30 мг на 1 зерно содержалось в семенах, сформировавшихся при внесении минеральных удобрений в дозах N9^90, ^0Р60К40 и ^0Р90К60.

1. Биохимический состав зерна ячменя при внесении минеральных удобрений

Вариант Белок N Р К

% мг на 1 зерно % мг на 1 зерно % мг на 1 зерно % мг на 1 зерно

Контроль (без удобрений) 11,16 4,34 1,82 0,70 0,77 0,29 0,65 0,25

^оРзо 11,47 4,61 1,84 0,74 0,79 0,32 0,64 0,26

N60? 60 11,93 4,80 1,91 0,77 0,82 0,33 0,66 0,27

^оР90 12,33 5,06 1,97 0,81 0,85 0,35 0,67 0,28

^оРзоКго 11,56 4,80 1,85 0,77 0,79 0,33 0,68 0,28

^0Рб0К40 12,29 5,27 1,97 0,84 0,82 0,35 0,70 0,30

ад-юК«, 12,52 5,23 2,00 0,84 0,84 0,35 0,71 0,30

2. Посевные качества семян ячменя в зависимости от удобрений

Вариант Энергия прорастания, % Лабораторная всхожесть, % Сила роста

% масса 1 ростка, мг длина ростка, мм

Контроль(без удобрений) 9о,7 94,о 92,7 84 86

^орзо 9о,3 93,7 92,о 86 89

N О *0 О 89,6 94,5 92,5 88 93

о о о Р оо о г; 89,1 94,8 92,7 9о 86

КэорэоК2о 9о,2 93,5 91,8 88 91

^0Р боК4о 89,5 95,1 93,о 92 96

бо Кб о с* Р о с* г; 89,8 94,9 92,5 91 98

Минеральные удобрения не оказали существенного влияния на показатель энергии прорастания семян ячменя, который по вариантам опыта составил 89,1—90,7%. Лабораторная всхожесть колебалась в пределах 93,5—95,1%, превышение над контролем было незначительным и при выращивании семян на фоне полного минерального удобрения (^0РбоК4о) составило 1,1% (табл. 2).

Показатели, характеризующие силу роста семян — масса 1 ростка и его длина, были наибольшими на вариантах при выращивании семян с применением азотно-фосфорных (^0Рб0 и N9^90) и полного минерального удобрения (^0Рб0К40 и ^0Р90Кб0). Превышение над контролем по массе ростка составило 4—8 мг, по длине — 7—12 мм.

Физическая и физиологическая неоднородность полученных семян ячменя обусловлена различием уровня питания растений, который создал различный стартовый запас биохимических элементов в семенах, что сказалось на возможности растений формировать при пересеве больший урожай. Так, в первый год пересева семян, выращенных при внесении минеральных удобрений, получена наибольшая прибавка урожая — 0,12—0,14 т/га на вариантах ^0Рб0 и ^0Рб0К40 (НСР05 - 0,1 т/га).

Экспериментальные исследования по яровой мягкой пшенице проводили с сортом Л-503.

Опыт закладывали по схеме (5х3)х2 со следующими факторами и градациями:

А — предшественники: 1 — кукуруза на силос;

2 — озимые; 3 — горох; 4 — клевер второго года жизни; 5 — чистый пар;

В — фон удобрений: 0 — без удобрений ^РК)0 — контроль; 1 — фон NPK на планируемый урожай 2,5 т/га ^РК)ь 2 — фон NPK на планируемый урожай 3,5 т/га^РК)2;

С — норма высева: 3 млн. всхожих зерен на 1 га; 6 млн. всхожих зерен на 1 га.

Максимальное количество зерна в опыте было получено в наиболее благоприятных условиях периода вегетации при ГТК—1,2 по предшественникам клевер и чистый пар при норме высева 6 млн./га на фоне ^РК)2 — 4,53 — 4,72 т/га. Минимальный урожай был собран в наиболее засушливых условиях при ГТК—0,5 на неудобренном черноземе при норме высева

3 млн./га по предшественнику кукуруза —

1,08 т/га.

На загущенных посевах по сравнению с разреженными прибавка урожая колебалась по годам исследований от 0,17 до 0,59 т/га.

Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что доля влияния различных технологических приемов на формирование урожая материнских растений зависела от сочетания температуры и уровня осадков в период вегетации культур. При ГТК—0,5—0,6 определяющую роль в продукционном процессе занимали предшественники (35,2—54,8%), а при ГТК—1,2 — норма высева (38,5%).

Для семеноводства особенно важно не только увеличить урожай и долю крупных семян, но и улучшить их посевные качества (табл. 3).

Исследования показали, что энергия прорастания семян в зависимости от условий выращивания растений яровой мягкой пшеницы находилась в пределах 73,1—92,8%.

3. Посевные качества семян яровой мягкой пшеницы по разным предшественникам и фонам удобрений

Норма Предшественник, фон удобрений

Показатель высева, кукуруза озимые горох клевер чистый пар

млн ./га 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2

Энергия 3 84,8 89,7 90,8 85,3 90,0 91,0 86,6 90,7 91,5 90,7 92,5 92,7 91,2 92,3 92,8

прорастания, % 6 73,1 78,9 80,2 73,9 78,9 80,6 74,6 79,7 81,1 80,8 78,3 77,9 81,0 78,1 77,8

Всхожесть, % 3 93,7 96,1 96,7 94,2 96,3 96,9 94,6 96,8 97,2 96,3 97,7 97,9 96,6 97,5 97,9

6 89,7 93,4 93,9 90,4 93,3 94,3 91,0 94,3 94,8 93,6 91,7 90,4 93,8 91,4 90,4

Масса 1000 3 38,3 39,9 40,5 38,8 40,0 40,6 39,2 40,4 40,9 40,5 41,6 41,6 40,3 40,8 41,5

зерен, г 6 35,4 36,9 37,1 36,0 36,8 37,3 36,2 37,4 37,8 37,9 38,3 37,7 37,9 37,8 37,4

Сила роста: 3 12,5 14,7 15,1 13,2 14,8 15,3 14,0 15,5 16,0 14,5 16,1 16,3 15,0 16,2 16,4

длина ростков, см 6 10,0 13,1 13,3 11,0 13,1 13,6 11,5 13,6 14,0 13,4 11,9 11,4 13,6 11,9 11,3

масса 100 3 6,4 8,0 8,4 7,0 8,3 8,6 7,8 8,8 9,3 8,3 9,4 9,7 8,7 9,6 9,9

ростков, г 6 5,5 7,0 7,5 6,2 7,1 7,7 6,6 7,8 8,3 7,6 6,5 6,4 8,0 6,4 6,3

Аналогичное влияние оказывало использование различных технологических приемов и на всхожесть семян. Она колебалась от 89,7 до 97,9% и была наименьшей при норме высева 6 млн./га по предшественникам кукуруза, озимые и горох, а наибольшей — при норме высева 3 млн./га по клеверу и чистому пару. Использование разреженных посевов дало возможность повысить всхожесть семян в среднем за 2 года на 2,5—7,5%.

Внесение NPK обоих уровней увеличивало всхожесть семян по всем предшественникам и нормам высева. Прибавка по сравнению с контролем колебалась от 0,9 до 4,0%.

Наиболее крупное зерно было получено по предшественникам чистый пар и клевер: масса 1000 зерен составила 37,9—40,5 г, что выше, чем по кукурузе, озимым и гороху, на 2,2—2,2 г.

Внесение удобрений в дозах (NPK)i увеличивало массу 1000 зерен по всем предшественникам по сравнению с контролем на 3,0—3,2 г; в дозах (NPK)2 — на 1,2—3,0 г. Существенное влияние оказала и норма высева: использование разреженных посевов увеличило массу 1000 зерен по всем предшественникам и фонам удобрений на 3,1—3,9 г.

Наиболее точным показателем способности семян давать дружные и хорошо развитые всходы является сила роста. В среднем за два года исследований длина ростков находилась в пределах 10,0—16,4 см. Максимум отмечался у семян, выращенных по предшественникам клевер и чистый пар на разреженных посевах (14,5—16,4 см).

Масса 100 ростков изменялась от 5,5 до 9,9 г. Минимальной она была у семян, выращенных на контроле (без удобрений), при норме высева 6 млн./га по кукурузе, максимальной — по клеверу и чистому пару.

Посевные качества семян материнских растений, в которых проявились (под влиянием технологических приемов) положительные модификации, определили урожайность яровой пшеницы на товарных посевах.

В первый год пересева наибольший эффект был получен от семян, выращенных при норме высева 3 млн./га по предшественникам клевер и чистый пар, при внесении минеральных удобрений (3,68—3,78 т/га). При этом фон (NPK)1 по сравнению с контролем увеличил урожайность на 13,4—15,8%, а повышение дозы до уровня (NPK)2 повлияло незначительно. Прибавка зерна от семян, полученных с разреженных посевов, по сравнению с загущенными составила 0,18—0,22 т/га.

Урожайность в сильной степени зависит от темпа начального развития или «стартового» состояния семян. Чем энергичнее развивается проросток, тем быстрее он переходит на корневое питание. На наличие и форму энергетического запаса клеток зародыша влияют условия в период формирования семени.

При проведении исследований, наряду с решением основной задачи — выявление закономерности проявления урожайных свойств семян в зависимости от агротехнических приемов выращивания, — нами определена связь между отдельными показателями качества семян и их урожайностью в потомстве.

При изучении тесноты связей показателей качества семян яровой пшеницы при выращивании по разным предшественникам и на разных фонах питания с урожайностью первого пересева семян материнских растений наблюдалась высокая взаимозависимость в годы исследований, которая характеризовалась высокими коэффициентами корреляции: по всхожести — 0,806— 0,821, по массе 1000 зерен — 0,756—0,940, по длине ростков — 0,882—0,896 и по массе 100 ростков — 0,844-0,911 (табл. 4).

Используя уравнения, можно по соответствующим показателям всхожести материнских семян, массе 1000 зерен и силе роста прогнозировать величину урожая зерна на товарных посевах.

Наиболее достоверным критерием взаимосвязи является коэффициент детерминации, показывающий в процентном отношении величину со-

4. Зависимость урожайных свойств семян яровой мягкой пшеницы от посевных качеств и содержания белка

Показатели Урожайные свойства

ГТК-1,2 г ГТК-0,5 г

Всхожесть у =-12,338+0,168х 0,806 у =-8,575+0,119х 0,821

Масса 1000 зерен у =-3,995+0,197х 0,756 у =-7,741+0,261х 0,940

Длина ростков у =-0,072+0,262х 0,882 у =-0,033+0,193х 0,896

Масса 100 ростков у =-0,421+0,400х 0,844 у =-0,463+0,279х 0,911

Белок у =-4,508+0,573х 0,932 у =-1,311+0,273х 0,817

Глиадины у =-10,662+0,375х 0,912 у =0,428+0,050х 0,260

пряженности. В контрастные по гидротермическим условиям годы абсолютные величины данного показателя различны. Наибольший коэффициент детерминации по содержанию белка в зерне яровой мягкой пшеницы (Д = 86,9%) и глиадинов (Д = 83,2%) отмечен при ГТК—1,2, в засушливых условиях (ГТК—0,5) прогнозирование урожайных свойств семян по массе 1000 зерен, массе и длине проростков почти равноценно, и точность его — 80,3—88,4%.

Таким образом, положительные модификации, возникшие в семенах материнских растений за счет использования технологических приемов и их совокупности, могут быть эффективно реализованы для получения повышенных урожаев на товарных посевах. Однако срок проявления модификаций ограничен в основном одним годом. При втором пересеве семян урожайность на различных вариантах нивелируется. Рассчитанные уравнения регрессии позволяют прогнозиро-

вать урожай на товарных посевах по всхожести семян или их массе, силе роста, содержанию белка и фосфора в семенах в зависимости от погодных условий.

Литература

1. Реймерс, Ф.Э. Физиология семян культурных растений Сибири / Ф.Э. Реймерс, И.Э. Илли. Новосибирск, 1974. 143 с.

2. Данович, К.Н. Физиология семян / К.Н. Данович, А.М. Соболев, Л.П. Жданова и [др.]. М.: Наука, 1982. 316 с.

3. Стебут, А.И. Мутационизм и дарвинизм в сортовом деле / А.И. Стебут // Опытная агрономия им. Косовича. 1909. Т. 10. Кн. 2. 359 с.

4. Кулешов, Н.Н. Агрономическое семеноведение / Н.Н. Кулешов. М.: Сельхозиздат, 1963. 304 с.

5. Строна, И.Г. Общее семеноведение полевых культур / И.Г. Строна. М.: Колос, 1966. 464 с.

6. Овчаров, К.Е. Разнокачественность семян и продуктивность растений / К.Е. Овчаров, Е.Г. Кизилова. М.: Колос, 1966. 159 с.

7. Вавилов, Н.И. Научные основы селекции растений / Н.И. Вавилов. М.-Л.: Государственное издательство совхозной и колхозной литературы, 1936. Т. 2. С. 3—5.

8. Яблоков, Ю.Н. Научные основы производственного семеноводства в северном регионе Нечерноземной зоны Российской Федерации: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук / Ю.Н. Яблоков. М., 1995. 33 с.