Биологические особенности роста и развития суданской травы

УДК 633.174:57.017.6

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ СУДАНСКОЙ ТРАВЫ

Н.А. КОВТУНОВА, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

Всероссийский научно-исследовательский институт зерновых культур имени И.Г. Калиненко, Научный городок, 3, Зерноград, Ростовская обл., 347740, Российская Федерация

Резюме. Исследования проводили в 2010-2015 гг. на опытном участке ФГБНУ ВНИИЗК (г. Зерноград) с целью определения взаимосвязи продолжительности вегетационного периода, этапов роста и развития растений суданской травы с метеорологическими условиями. Почвенный покров опытного участка - чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый. Материалом послужили 5 сортов суданской травы (Александрина, Анастасия, Аркадия, Кра-сава, Миледи) конкурсного испытания. Проводили 2 укоса зеленой массы в фазе «выметывания». Продолжительность периода до цветения играет решающую роль в определении вегетационного периода. Продолжительность периода «посев - всходы» практически не оказывает влияния на урожайность зеленой массы. Варьирование величины этого показателя находилось на уровне 12%, что указывает на слабую зависимость признака от внешних условий. Самый важный период роста и развития суданской травы -«всходы-выметывание», при этом высокие температуры сокращают его, а большое количество осадков увеличивают (r = -0,36 и r = 0,67). Решающее влияние на продолжительность этого периода оказывает средняя температура воздуха (r = -0,79). Установлена средняя отрицательная связь продолжительности периода «выметывание-цветение» со средней температурой воздуха (r = -0,30) и суммой температур (r = -0,36), средняя положительная - с осадками (r = 0,53). Продолжительность периодов «цветение -молочно-восковая спелость» и «молочно-восковая - полная спелость» определяется, главным образом, средней температурой воздуха (r = -0,81) и количеством осадков (r = 0,71). Продолжительность вегетационного периода составляла 85-106дн. С увеличением температуры воздуха на 1°С вегетационный период сокращался на 3,4 дня, с ростом осадков на 10 мм - увеличивался на 1,7дн. Ключевые слова: суданская трава, температура воздуха, осадки, этапы органогенеза, рост и развитие растений, корреляция, изменчивость.

Для цитирования: Ковтунова Н.А. Биологические особенности роста и развития суданской травы //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 6. С. 48-51.

Сегодня проблема глобального изменения климата чрезвычайно актуальна. На урожайность сельскохозяйственных культур сильное влияние оказывают рост температур, уменьшение количества осадков, увеличение повторяемости и продолжительности засух, а также выпадения осадков в виде ливней [1, 2, 3].

Суданская трава - неприхотливая культура с высокой засухо- и жароустойчивостью, которая в любых условиях способна формировать 2-3 укоса зеленой массы. Продолжительность периода «всходы - 1 укос (выметывание)» у современных сортов составляет 4060 дн., «всходы - полная спелость» - 100-110 дн. при урожайности зеленой массы за 2 укоса 40-50 т/га, семян - до 1,5 т/га. Главное препятствие к распространению суданской травы в производстве - недостаточная изученность особенностей ее роста и развития.

Цель исследований - выявить взаимосвязи продолжительности вегетационного периода и этапов роста и развития растений суданской травы с метеорологическими условиями.

Для ее достижения были поставлены следующие задачи: дать характеристику основным этапам развития суданской травы (всходы, выметывание, цветение, молочно-восковая и полная спелость), выявить влияние на них осадков и температуры воздуха, изучить их взаимосвязь с урожайностью и качеством зеленой массы в различные по увлажненности годы.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2010-2015 гг. на опытном участке ФГБНУ ВНИИЗК (г. Зерноград), в соответствии с Методикой Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур [4].

Почвенный покров опытного участка - чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый со следующими агрохимическими показателями пахотного слоя: рН-7,1; СаСО3 - 2,2%, гумус - 3,2-3,4%; Р2О5 - 18-25 мг/кг; К2О -3320-360 мг/кг. Почва имеет мелкозернистую структуру, рыхлое сложение, обладает хорошей влагоемкостью и воздухопроницаемостью. Отбор проб почвы осуществляли согласно ГОСТ-28168-89, содержание азота в почве определяли по ГОСТ-26951-86, подвижных форм фосфора и калия - по Г0СТ-26205-91.

Материалом послужили 5 сортов суданской травы (Александрина, Анастасия, Аркадия, Красава, Миледи) конкурсного испытания. Предшественник -озимая пшеница. Сев осуществляли в оптимальные сроки (1-11 декады мая) рядовым способом с нормой высева 1,6 млн всхожих семян/га. Во время вегетации осуществляли фенологические наблюдения. Ежегодно проводили 2 укоса зеленой массы в фазе «выметывания».

Метеорологические показатели предоставлены Зерноградской метеостанцией. Для оценки степени увлажнения и засушливости вегетационного периода использовали гидротермический коэффициент Селя-нинова (ГТК).

Продолжительность периода вегетации, а точнее отдельных его фаз, зависит от погодных условий [5]. В исследованиях выделяли следующие фазы развития растений: всходы, выметывание, цветение, молочно-восковая и полная спелость.

Статистический анализ полученных данных проведен по Б.А. Доспехову и с использованием программы Б!а^юа 6.0.

Результаты и обсуждение. За годы исследований ГТК был равен в среднем 0,74, сумма осадков -136,2 мм, сумма температур за вегетационный период - 2252,9°С. Для первой части вегетации («посев-выметывание») коэффициент корреляции между ГТК и температурой воздуха составил 0,54, с осадками - 0,72. Поэтому можно предположить, что ГТК более тесно связан с осадками, чем с температурой воздуха. Корреляционный анализ подтвердил, что при увеличении ГТК повышается продолжительность периодов «всходы -1 укос», «1 - 2 укос», урожайность абсолютно-сухого вещества, сбора переваримого протеина и кормовых единиц, урожайность зеленой массы. При росте ГТК на 0,1 урожайность зеленой массы увеличивается на 3,58 т/га, абсолютно-сухого вещества - на 0,47 т/га, переваримого протеина - на 0,09 т/га, сбора кормовых единиц - на 0,23 т/га.

Таблица 1. Продолжительность периода «посев-всходы» суданской травы и метеоусловия этого

периода

Год Продолжительность, дн. Сумма температур, С Средняя температура за период, °С Сумма осадков, мм

2010 8 182 22,7 0,4

2011 9 147 16,3 6,9

2012 10 217 21,7 23,0

2013 11 223 20,3 14,5

2014 8 180 22,5 19,4

2015 9 164 18,3 4,5

Среднее 9 185,5 20,3 11,5

Продолжительность периода вегетации до цветения играет решающую роль в определении вегетационного периода, о чем свидетельствует положительная корреляция между ней и длительность всего вегетационного периода [6].

Прорастание семян происходит при наличии необходимого минимума температур и влаги. Корреляционный анализ показал, что температура воздуха в день посева в наших исследованиях не оказывала влияния ни на один признак. Однако, по данным Исакова [7], чем выше температура, тем короче продолжительность периода «посев-всходы». Между количеством осадков за месяц до посева и длительностью этого периода существует отрицательная зависимость: при увеличении осадков ускоряется процесс появления всходов (г =-0,59).

Продолжительность периода «посев-всходы» в среднем за годы изучения составила от 8 (2010 г.) до 11 дн. (в 2013 г.). Варьирование величины этого показателя было на уровне 12%, что свидетельствует о слабой изменчивости признака и, следовательно, такой же зависимости от внешних условий. Среднесуточная температура в период «посев-всходы» по годам была благоприятной для роста и развития растений и колебалась в пределах 16,3-22,7°С. Наибольшую сумму температур этого периода отмечали в 2013 г. - 223°С (табл. 1), наименьшую - в 2011 г. (147°С).

Установлено, что средняя температура воздуха и количество осадков за период «посев-всходы» практически не оказывают влияния на его продолжительность (г = -0,21 и г = 0,40, соответственно), а сумма температур имеет среднюю степень влияния (г = 0,67). При возрастании суммы температур на 10°С (по сравнению со средним значением за годы изучения) продолжительность периода «посев-всходы» увеличивается на 0,3 дн., что не влияет на урожайность зеленой массы (г = 0,15), но имеет среднюю корреляцию со сбором абсолютно-сухого вещества (г = 0,55).

К уборке на зеленую массу следует приступать в фазе «выметывание», к этому времени растение формирует наибольшую зеленую массу и количество протеина. При перестое увеличивается количество клетчатки (с 4,26% в фазе «начало выхода в трубку» до 9,27% в «конце цветения»), уменьшается количество протеина (с 4,11% до 2,99%), снижается облиственность (с 64,7%

до 35,1%, соответственно) [8]. Суданская трава в период от кущения до выхода в трубку плохо переносит избыточное увлажнение, а от выхода в трубку до начала выметывания - недостаточное увлажнение [9].

В периоде «всходы-выметывание» выделяют следующие этапы органогенеза: кущение, выход в трубку, рост стебля, выметывание. По данным ученых наиболее подвержен влиянию климатических условий период «всходы-кущение» [10].

Кущение начинается с момента образования 5-го листа. В этот период культура обладает медленным ростом надземной массы (0,4-0,7 см), так как идет интенсивный рост корней (суточный прирост составляет 1,3-1,5 см) [8]. Кущение - важный биологический процесс, сопровождающийся образованием дополнительных побегов. От его интенсивности зависит урожайность и качество зеленой массы, что обусловлено увеличением числа листьев, богатых протеином, витаминами и другими элементами питания. Согласно данным ряда исследователей, чем выше температура в период «всходы - кущение», тем выше интенсивность роста [11, 12, 13].

Через 10-25 дн. после кущения начинается фаза «выход в трубку». Происходит усиленный рост надземной массы, удлинение листьев и накопление сухого вещества. Через 5-8 дн. начинается выметывание. В период «кущение - выметывание» происходит накопление 35-50% всей сухой массы [7].

Продолжительность периода «всходы-выметы-вание» в 2010-2015 гг. колебалась в пределах 4157 дн. (табл. 2). Коэффициент вариации составил 18,3%, что указывает на среднюю изменчивость признака. Наибольшие значения отмечены в 2013 г. (56 дн.) и 2015 г. (57 дн.), наименьшие - в 2010 г. (35 дн.) - самом засушливом и жарком за годы проведения исследований.

В результате корреляционного анализа установлена средняя связь продолжительности периода «всходы-выметывание» с суммой температур за этот период (г=-0,36) и с суммой осадков (г=0,67), на основании чего можно сделать вывод о том, что высокие температуры сокращают его длительность, а обильные осадки, наоборот, увеличивают.

Средняя температура воздуха также оказывает большое влияние на продолжительность периода

Таблица 2. Продолжительность периода «всходы-выметывание» суданской травы и метеоусловия

этого периода

Год Продолжительность, дн. Сумма температур, С Средняя температура за период, °С Сумма осадков, мм

2010 41 1045 25,5 51,2

2011 50 1090 21,8 100,2

2012 49 1091 22,3 111,8

2013 56 1282 22,8 75,9

2014 53 1079 20,4 104,2

2015 57 1184 20,8 141,9

Среднее 51 1128,5 22,3 97,5

Таблица 3. Продолжительность периодов вегетации суданской травы и метеоусловия

Год

Продолжительность, дн.

«выметывание-цветение»

«цветение-молочно-восковая спелость»

«молочно-восковая -полная спелость»

весь период вегетации

Условия за весь период вегетации

сумма температур, °С средняя температура, °С сумма осадков мм

2273,2 26,7 83,7

2181,0 23,0 132,0

2331,8 23,8 166,5

2383,3 22,5 135,3

2133,9 22,7 134,7

2214,2 22,1 165,0

2252,9 23,5 136,2

2010 2011 2012

2013

2014

2015 Среднее

26

27

28 30 24 26 27

4 6

5

6 4

4

5

85

95 98 106 94 100

96

«всходы-выметывание» (г = -0,79). При увеличении температуры воздуха на 1°С от среднемноголетней (22,3°С), она сокращается на 2,5 дн. Вместе с тем, прослеживается средняя положительная связь длительностью периода «всходы-выметывание» с урожайностью зеленой массы (г = 0,60) и абсолютно-сухого вещества (г = 0,57), а также с накоплением переваримого протеина (г = 0,46). При увеличении продолжительности периода до 1-го укоса на 1 день - урожайность зеленой массы возрастает на 0,53 т/га; абсолютно-сухого вещества - на 0,96 т/га; переваримого протеина -на 0,007 т/га.

Считается, что период от цветения до созревания как для кукурузы, так и для суданской травы примерно одинаков у всех сортов, независимо от скороспелости, различия в сроках вегетации обусловлены длительностью фазы «всходы-выметывание» [6]. В период от выметывания до полной спелости зерна происходит перераспределение органических и минеральных веществ в надземных органах. В результате усиленного оттока в зерно, содержание их в стеблях и листьях уменьшается при незначительном изменении общей массы растений [14]. Засуха после цветения может привести к потере урожайности из-за щуплого зерна, восприимчивости к болезням [15].

В наших исследованиях фаза «цветение» суданской травы начиналась через 2-6 дн. после выметывания. К этой фазе рост и формирование стебля, метелки и листьев заканчиваются. Цветение метелки продолжается 4-6 дн. Пониженная температура, обильная роса сильно сдерживает раскрытие цветков. В дождливое время цветки вообще не раскрываются. Высокая температура при цветении приводит к ускорению созревания и образованию щуплых зерен.

В годы исследований цветение начиналось 1220 июля, через 3-6 дн. после выметывания и продолжалось 5-7 дн. (табл. 3). Корреляционный анализ показал среднюю отрицательную связь длительности этого периода со средней температурой воздуха (г = -0,3) и суммой температур (г = -0,36), а также среднюю положительную - с осадками (г = 0,53).

В период от цветения до молочной спелости происходит формирование и налив семян, они растут в длину, накапливают воду и небольшое количество сухого вещества [12]. Через 1,5-2 недели семя достигает окончательной длины. В наших опытах молочно-восковая спелость наступала 8-20 августа, через 24-30 дн. после цветения. Варьирование этого показателя составило 30,7%, что свидетельствует о средней изменчивости по годам. Продолжительность периода определялась главным образом средней температурой воздуха (г = -0,59) и количеством осадков (г = 0,68). При увеличении средней температуры воздуха на 1°С период «цветение - молочно-восковая спелость» сокращался на 0,5 дн., повышение суммы осадков на 10 мм затягивало его на 1,2 дн.

Полная спелость наступала 14-24 августа, через 4-6 дн. после молочно-восковой. Коэффициент вариации указывает на среднюю изменчивость величины этого показателя (22,7%). Установлено, что длительность периода «молочно-восковая - полная спелость» определяется средней температурой воздуха (г = -0,78) и количеством осадков за этот период (г = 0,63). При увеличении средней температуры воздуха на 1°С от среднемноголетней период «молочно-восковая - полная спелость» сокращается на 0,3 дн., рост количества осадков на 10 мм увеличивает его на 1,2 дн.

Продолжительность всего вегетационного периода составляла от 85 дн. в 2010 г. (посев 1 июня) до 106 дн.

Рисунок. Зависимость продолжительности вегетационного периода от средней температуры воздуха и суммы осадков 50 _ Достижения науки и техники АПК. 2016. Т 30. № 6

в 2013 г. (посев 12 мая). Коэффициент вариации указывает на ее слабую изменчивость (11,2%). Корреляционный анализ позволил установить существенную отрицательную связь периода вегетации с температурой воздуха (г = -0,81) и продолжительную с осадками (г = 0,71) (см. рисунок): при повышении температуры воздуха на 1°С (среднемноголетняя температура 23,5°С) он сокращается на 3,4 дн., с ростом количества осадков на 10 мм (среднемноголетняя сумма осадков 136,2 мм) - увеличивается на 1,7 дн.

Выводы. Продолжительность периода «посев -всходы» в среднем за годы изучения составила 8-11 дн. Ее варьирование находилось на уровне 12%, что указывает на слабую зависимость признака от внешних условий. Средняя температура воздуха и количество осадков практически не оказывают влияния на длительность периода «посев-всходы» (г = -0,21 и г = 0,40).

Продолжительность периода «всходы-выметывание» в 2010-2015 гг. колебалась в пределах 41-57 дн. Установлена средняя связь его длительности с суммой температур за этот период (г = -0,36) и с суммой осадков (г = 0,67), сильная обратная связь - со средней температурой воздуха (г = -0,79).

Существует средняя отрицательная связь между продолжительностью периода «выметывание-цветение» и средней температурой воздуха (г = -0,29), а также суммой температур (г = -0,36), средняя положительная - с осадками (г = 0,53).

Вегетационный период длился 85-106 дн. Выявлена существенная отрицательная связь его продолжительности с температурой воздуха (г = -0,81) и осадками (г = 0,71). При увеличении температуры воздуха от среднемноголетней нормы на 1°С, она сокращалась на 3,4 дн., а с ростом количества осадков на 10 мм -увеличивалась на 1,7 дн.

Литература.

1. Нарышкина А.Е., Маркелова Т.С. Влияние изменения климатических условий вегетационного периода на степень поражения яровой пшеницы бурой ржавчиной // Инновационное развитие АПК в России. Сборник докладов Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. Саратов. 2013. С. 115-120.

2. Ковтунова Н.А., Ермолина Г.М., Шишова Е.А. Влияние метеорологических условий на основные хозяйственно-ценные признаки сорго сахарного // Зерновое хозяйство России. 2013. №1. С. 31-34.

3. Костылев П.И., Марченко Д.М. Изучение взаимосвязи морфобиологических признаков мягкой озимой пшеницы с зерновой продуктивностью // Вестник аграрной науки Дона. 2010. №1. С. 76-79.

4. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск 2. М.: «Колос», 1985. 194 с.

5. Ковтунов В.В., Лушпина О.А., Сухенко Н.Н. Оценка образцов сорго зернового на скороспелость // Зерновое хозяйство России. 2015. № 4. С. 15-18.

6. Кравченко Р.В. Агробиологическое обоснование получения стабильных урожаев зерна кукурузы в условиях степной зоны Центрального Предкавказья. Ставрополь: OOO «Ставропольбланкиздат», 2010. 208 с.

7. Исаков Я.И. Сорго: 2-е издание перераб. и доп. М.: Россельхозиздат, 1982. 134 с.

8. Дьяченко В.В. Технологические приемы повышения урожайности и качества семян суданской травы на серых лесных почвах Юго-Западной части Нечерноземной зоны России: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. с.-х. наук. Брянск: БГСХА, 2008. 18 с.

9. Наседкина М.Б. Продуктивный потенциал суданской травы в условиях низкогорий Горного Алтая: автореферат на соиск. уч. степ. кандидата с.-х. наук. Барнаул, 2007. 20 с.

10. Шейко Д.А. изучение коллекции сахарного сорго в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края // Труды Ставропольского НИИ сельского хозяйства. ВыпускXI. Вопросы биологии и селекции сорго. С. 25-39.

11. Шатилов И.С., Мовсисянц А.П., Драненко И.А. и др. Суданская трава. М.: «Колос», 1984. 205 с.

12. Ващенко Т.Г. Биологические основы и научно-методологический принцип селекции суданской травы и сои в лесостепи ЦЧР России: автореферат на соиск. уч. степ. доктора с.-х. наук. Воронеж, 2004. 48 с.

13. Биктимиров Р.А. Исходный материал для селекции суданской травы в условиях предуральской степной зоны Республики Башкортостан: дис. на соиск. учен. степ. канд. с.-х. наук. Уфа, 2012. 189 с.

14. В.Г. Минеев, Б. Дебрецени, Т. Мазур Биологическое земледелие и минеральные удобрения / Под ред. В.Г. Минеева. М.: «Колос», 1993. 413 с.

15. Беседа Н.А. Изучение исходного материала на основе генетического анализа количественных признаков для создания новых сортов и гибридов: диссертация на соиск. уч. ст. кандидата с.-х. наук.. Рассвет, 2010. 150 с.

BIOLOGIC CHARACTERISTICS OF GROWING AND DEVELOPMENT OF SUDAN GRASS

N.A. Kovtunova

All-Russian Research Institute of Grain Crops named after I.G. Kalinenko, Nauchny Gorodok, 3, Zernograd, Rostovskaya obl., 347740, Russian Federation

Summary. The researches were carried out at the trials of FGBNU «State scientific Establishment All-Russian research institute of grain crops» (Zernograd) in 2010-2015. The purpose of the study was to reveal the interconnection between the duration of vegetation period, the stages of growth and development of Sudan grass with the weather conditions. The soil of the experimental plot was calcareous heavy loam chernozem soil. The five varieties of Sudan grass of the competitive testing (Aleksandrina, Anastasiya, Arkadiya, Krasava, Miledi varieties) were taken as the material for the experiments. Two mowing of green mass were made in the period of «paniculation». The duration of the period till flowering is crucial in determining of the vegetation period. The duration of period of «sowing - sprouting» has a slight effect on green mass yield. The variation of the period of «sowing-germination» was at 12%. It showed a weak dependence of the trait on the environmental conditions. The most essential period of the growth and development of Sudan grass is «sprouting - paniculation» period. High temperatures reduced this period, and a large amount of precipitations increased it (r was -0.36 and r was 0.67). The average air temperature played a crucial role in the duration of the period (r was -0.79). It was estimated the average negative correlation of the period of «panicle earing-flowering» with the average air temperature (r was -0.30) and the sum of temperatures (r was -0.36); and it was determined the average positive correlation with the precipitations (r was 0.53). The duration of the periods of «flowering -milky-wax ripeness» and «milky-wax - complete ripeness» is determined by the average air temperature (r was -0.81) and the amount of precipitations during the period (r was 0.71). The period of vegetation was from 85 days to 106 days. The vegetation period reduced on 3.4 days at the air temperature increased on 1°С; and the vegetation period increased on 1.7 days at the amount of precipitations increased on 10 mm.

Keywords: Sudan grass, air temperature, precipitations, stages of organogenesis, growth and development of plants, correlation, variability.

Author Details: N.A. Kovtunova, Cand. Sc. (Agr.) leading research fellow (e-mail: n-beseda@mail.ru).

For citation: Kovtunova N.A. Biologic Characteristics of Growing and Development of Sudan Grass. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. Vol. 30. No.6. Pp. 48-51 (in Russ.).