Создание моделей погодных условий и агротехнических приёмов возделывания для формирования высокого качества клейковины в зерне яровой сильной пшеницы в Оренбургской области

Создание моделей погодных условий и агротехнических приёмов возделывания для формирования высокого качества клейковины в зерне яровой сильной пшеницы в Оренбургской области

Г.Н. Сандакова, к.т.н., ФГБНУ Оренбургский НИИСХ

Важнейшим фактором высокого хлебопекарного качества пшеничной муки является клейковина — своеобразный комплекс белковых веществ — глиадина и глютенина [1]. Под качеством клейковины понимают совокупность её физических свойств: растяжимость, упругость, эластичность, способность сохранять эти свойства во времени [1, 2] — один из основных показателей, Согласно действующему в России ГОСТу Р 52554 — 2006 качество клейковины в зерне сильной пшеницы должно быть не ниже 1-й группы (45 — 75 ед. ИДК-1, I и II класс стандарта) [3].

В Оренбургской области природные и климатические условия благоприятствуют выращиванию яровой сильной пшеницы с высокими технологическими и пищевыми достоинствами [4]. Однако в последние годы в области сокращаются посевные площади под производство сильной пшеницы, снижается её качество. По данным ФГБУ «Оренбургский референтный центр Россельхознадзора», в 2016 г. посевные площади сильной пшеницы составили 218 тыс. га, т.е. по сравнению с 2002 г. сократились в 4,6 раза.

В структуре посевов яровой мягкой пшеницы доля сильной сократилась с 96,0 в 1991 — 1995 гг. до 25% в 2016 г. Только 57% партий зерна яровой мягкой пшеницы сильных сортов в Оренбуржье по качеству клейковины (1-я группа — 45 — 75 ед. ИДК-1) соответствуют требованиям ГОСТа, предъявляемым к сильным пшеницам [4]. В современных условиях перед сельхозпроизводителями региона была поставлена задача — наращивание производства сильной пшеницы и улучшение её качества.

В решении вышеобозначенной задачи большое значение имеет определение роли климатических факторов и агротехнических приёмов в формировании зерна яровой сильной пшеницы с высоким качеством клейковины (1-я группа). Работа по математическому моделированию показателей качества зерна, в том числе клейковины, в зависимости от погодных условий и агротехнических приёмов возделывания проводится в Оренбургском НИИСХ на протяжении ряда лет [5 — 10].

Материал и методы исследования. При проведении исследования были использованы данные Государственной хлебной инспекции по Оренбургской области, представленные по результатам обследования качества зерна яровой мягкой пшеницы сильного сорта Саратовская 42 за 1966 — 2006 гг. (с 2007 г. обследования Государственной хлебной

инспекцией не проводятся), материалы АГМС г. Оренбурга и «Чебеньки» за период май — август 1966 — 2015 гг. и данные полевых опытов, проведённых на землях ОПХ «Урожайное» Оренбургского НИИСХ. В период вегетации культуры сложились условия, соответствующие засушливому типу степной зоны.

При установлении связи качества клейковины в зерне с агрометеорологическими факторами и агротехническими приёмами возделывания, разработке моделей (регрессионных) погодных условий и агротехнических приёмов возделывания яровой сильной пшеницы были применены методы нелинейного корреляционно-регрессионного и множественного регрессионного анализов.

Результаты исследования. В степной зоне Оренбуржья на формирование качества клейковины яровой сильной пшеницы наибольшее влияние оказывают погодные условия, на долю которых приходится 77 — 89% общей дисперсии.

Нами были получены математические модели «погода — качество клейковины» в зерне яровой сильной пшеницы, научно обоснованы параметры погодных факторов для формирования зерна с высоким качеством клейковины за период вегетации в условиях центральной зоны Оренбургской области. Результаты моделированных связей качества клейковины с погодными факторами в разрезе месяцев вегетационного периода представлены графически (рис.).

Полученные регрессионные уравнения и их графический анализ позволили определить параметры погодных факторов за определённый период времени, которые в большей степени влияют на формирование зерна с высоким качеством клейковины (45 — 75 ед. ИДК-1 — 1-я группа). Таковыми следует считать: во 2-й декаде мая — средняя температура воздуха в пределах 13,7 — 17,7°С, максимальная — 20,4 — 26,4°С, осадки — 41,4 — 60,1 мм, минимальная относительная влажность воздуха — 20,2 — 28,6%, гидротермический коэффициент — 0,16 — 1,01 ед.; в 3-й декаде мая — средняя относительная влажность воздуха в пределах 59 — 66%. Связи качества клейковины с погодными факторами за май статистически не значимы.

В июне умеренный температурный режим обусловил формирование зерна с высоким качеством клейковины: средняя температура воздуха в пределах 16,0 — 19,9°С, минимальная — 10,1 — 13,4°С, максимальная —22,0 — 27,1°С; осадки — 38,5 — 84,3 мм; минимальная относительная влажность воздуха —35,4 — 45,7%; средний дефицит влажности воз-

115,5; 96,7

78,0^ 59,2; 40,51

1

Чч ч *

1— 1 * н к- i*

1 р ka-

6,22 9,90 13,59 17,27 20,95

Средняя температура воздуха, °С

119,8 100.0'

80,1 60,3 40,5,

1

'х,

N. •

* * •

i

L

9,05 13,94 18,83 23,71 28,6(1

Максимальная температура воздуха, °С

115,5

I

78,0 59,2 40,5

----—, 1

t

ж ^^

- *

IT- * >

*

•

35,80 4530 5430 W JO 73,80

ПУГ 96,778,0 59^ 40,5

-

* -—L__

* * —4 * .—'

* ,

Осадки, мм

17,70 263S 35,00 43,65 52,30

Минимальн. относит. влажность воздуха, %

115,5 96,7

78,1) 59,2

40,5

1 1

1 *

i.  *

-t---- * *

* #

10 0,793 1,585 2,378 3,170

Гидротермический коэфф., ед

37,АО 44,25 51,50 58,75 66,00

Средняя относит. влажность воздуха, %

2-я декада мая

3-я декада мая!

403„

í

* A

* i к

1 t -—» t h * -

**

i ;

1

15^0 17,40 19,50 21,60 23,70

Средняя температура воздуха, °С

26,00 32,25 38,50 44,75 51,00

Минимальн. относит. влажность воздуха, %

40 Д

у

*

\    s i. У

ф ii * i 1 !

* * *

* • # «

i 1. »

J (1 Г f

8,00 9,93 11,85 13,77 15,70

Минимальная температура воздуха, °С

(0,50 14,00 17,50 11.00

Средн. дефицит влажности воздуха, мбар

115,5'

и

S

78,0 59,2 40,5

4 1 У

• .,

> *

t " J

i

22,00 24,43 26,85 29,28 31,70

Максимальная температура воздуха, °С

115,5 96,7

78,0 59,2 403

—.—*

21,0 55,0 89,0 123,0 157,0

Запас продуктивной влаги на июнь, мм

115,5 96,7

78,0 59,2 40,5

4 • ' /Г

* J

-7-1 •

. i. , *  w T.l

•

3,4 313 № 89,0 117,6

Осадки, мм

115,5 96,7

78,0 59,2 40Д

K.' * * ' у

> S t /

* * « _

» V

-  •

*

0,050 0,533 1,025 1,513 2,000

Гидротермический коэфф., ед

102,4 153,6 204,8 255,9 307,

Потребность, мм

Июнь

II6,Г

т

59.4

40.5

СЕ

17,70 19,73 21,75 23,78 25,Я О

Средняя температура воздуха, °С

1153 96,7

78,0 59,2 403

*

Ч; • •

ч * * *

* , »

* * * > 1 *

*

26,00 32,75 3930 46,25 53,0»

Минимальная температура воздуха, °С

1153 96,7

78,0

403-

* •

• * » * #

!

*

щ

2-1,5» 11 >35 23,60 30 ,65 32,70

1153

I

78,0 59,2 403

П

А.

Максимальная температура воздуха, °С

730 10,48 13,65 (6.83 20,00

Средн. дефицит влажности воздуха, мбар ^

1153

96,7

78,0 403

* Ч-" ******

• * » # • 1

* *

( г

!

11,4« 12,80 1-1 1Д0 15,60 17,00

115,5 96,7

78,0 59,2 403

1 -

, -  Г 1 У

ж  * * *

« *

>. -

\

1

Н,0 463 82.0 1173 153,0

Минимальная температура воздуха, °С

Запас продуктивной влаги на июль, мм

И «

N

47,00 5330 60,00 6630

Средняя относит. влажность воздуха, %

73,00

1153 96,7

78,0 5М

Г

403-,

ПОЗ 155,7

201Д 246,6 292,0

Потребность, мм

Июль

96,7 7Я,0

10,20 11,75 13,30 14,85 16,40

Минимальная температура воздуха, °С

Август

59,2 40,5,

* •

« ш =-

г и и А к

* •

* — -

22,60 24,43 26,25 28,07 29,90

Максимальная температура воздуха, °С

Рис. - Зависимость качества клейковины яровой сильной пшеницы от погодных условий в центральной зоне Оренбургской области

духа — 7,0 — 10,2 мбар; гидротермический коэффициент — 0,61 — 1,47 ед.; запас продуктивной влаги на июнь в метровом слое почвы — 21,0 — 102,2 мм; потребность в воде — 102,4 — 147,5 мм. Повышение всех показателей до максимальных значений (в изученных пределах) способствовало снижению качества клейковины до 89 — 105 ед. ИДК-1 (2-я и 3-я группа).

В июле формирование зерна с качеством клейковины I группы проходило при умеренном температурном режиме воздуха: средняя температура воздуха — 17,7 — 21,2°С, минимальная — 11,4 — 14,6°С, максимальная — 24,5 — 28,2°С; средняя относительная влажность воздуха — 55,3 — 69,3%, минимальная — 36,4 — 48,6%; средний дефицит влажности воздуха — 7,3 — 11,1 мбар; запас продуктивной влаги на июль в метровом слое почвы — 57,1 — 94,6 мм, потребность в воде — 110,3 — 183,2 мм. Налив зерна при максимальных значениях (в изученных пределах) средней температуры воздуха — 25,8°С, минимальной — 17,0°С, максимальной — 32,7°С, среднего дефицита влажности воздуха — 20 мбар, потребности в воде — 292 мм, запаса продуктивной влаги в метровом слое почвы на июль — 153 мм и минимальных значениях средней и минимальной относительной влажности воздуха — 73 и 53% привёл к снижению качества клейковины до 81 — 107 ед. ИДК-1 (2-я и 3-я группа).

Созревание зерна с высоким качеством клейковины в августе проходило при минимальной температуре воздуха в пределах 10,2 — 11,6°С, максимальной — 23,1 — 25,9°С. Повышение минимальной и максимальной температур до максимальных значений (16,4 и 29,9°С соответственно) привело к снижению качества клейковины до 2-й группы.

В период посева — полной спелости повышение качества клейковины было вызвано следующими параметрами температурного режима: температура воздуха средняя — 16,7 — 18,9°С, минимальная — 7,8 — 11,9°С; максимальная — 23,6 — 25,2°С; осадки — 92,1 — 177,8 мм; минимальная относительная

влажность воздуха — 35,0 — 40,9%; средний дефицит влажности воздуха — 8,2 — 10,2 мбар; гидротермический коэффициент — 0,52 — 0,98 ед.; запас продуктивной влаги к севу в метровом слое почвы — 148 — 182 мм; продолжительность периода посев — полная спелость — 96 — 114 дн.

Результаты множественного регрессионного анализа за период вегетации яровой сильной пшеницы (посев — полная спелость) показали совокупное влияние на формирование клейковины в зерне ряда погодных факторов, которое описывается уравнением вида:

У=224,812-0,299х1 - 1,097х2 ± 14,133 ед. ИДК-1, где х1 —запас продуктивной влаги к севу в метровом слое почвы, мм;

х2 — продолжительность периода вегетации (посев — полная спелость), дн.

Из уравнения следует, что в период посев — полная спелость при данном сочетании погодных факторов снижение запаса продуктивной влаги к севу в метровом слое почвы на 10 мм (в изученных пределах 106^182 мм), а также сокращение периода вегетации на 1 день (81^ 103 дн.) приводит к уменьшению на 2,99; 1,10 ед. показаний прибора ИДК-1 соответственно (в изученных пределах 45^105 ед. ИДК-1), т.е. повышению качества клейковины. Такие погодные факторы детерминируют 75% дисперсии качества клейковины, оставшаяся часть дисперсии приходится на невыявленные факторы и ошибки измерения.

Было установлено совместное влияние погодных условий и агротехнических приёмов возделывания на формирование высокого качества клейковины (45 — 75 ед. ИД К-1,1-я группа). Из трёх технологических приёмов (сроки сева, нормы высева, фоны удобрения) на качество клейковины в большей степени влияют сроки сева, фоны удобрений и нормы высева не имеют статистической значимости.

Множественные регрессионные модели совместного влияния погодных факторов и разных сроков сева на качество клейковины яровой сильной пшеницы в период колошение—молочная спелость

в центральной зоне Оренбургской области

Независимая переменная (погодные и абиотические факторы) Коэффициент регрессии Стандартная ошибка Т- значение Уровень значимости В - коэффициент

Первый срок сева

Свободный член 448,262 24,544 18,264 0,000 -

Средняя температура воздуха,°С (х^ -10,615 0,806 -13,172 0,000 -0,930

Средний дефицит влажности воздуха, мбар (х2) 2,476 0,534 4,630 0,000 0,397

Скорость ветра, м/сек (х3) -14,581 1,562 -9,337 0,000 -0,598

Первый срок сева (х4) -7,096 1,976 -3,592 0,000 -0,168

Для полной регрессии: стандартная ошибка оценки = 11,378 ед.ИДК-1; Я2 = 0,683; Г отношение = 100,54; Е теор.0.05 = 2,30

Второй срок сева, уравнения статистически не значимы

Третий срок сева

Свободный член 436,993 23,364 18,704 0,000 -

Средняя температура воздуха,°С (х;) -10,367 0,796 -13,023 0,000 -0,908

Средний дефицит влажности воздуха, мбар (х2) 2,303 0,522 4,411 0,000 0,369

Скорость ветра, м/сек (х3) -14,289 1,495 -9,555 0,000 -0,586

Третий срок сева (х4) 7,599 1,918 3,961 0,000 0,179

Для полной регрессии: стандартная ошибка оценки =11,299 ед.ИДК-1; Я2 = 0,687; Еот„ошение = 102,600; Е теор.005 = 2,30

Моделирование связей качества клейковины с погодными факторами и сроками сева позволило получить множественные регрессионные модели «погода —качество клейковины — сроки сева», описывающие эти зависимости в межфазный период вегетации колошение — молочная спелость, для других межфазных периодов связи недостоверны (табл.).

Используя полученные уравнения, установили, что погодные условия межфазного периода колошение — молочная спелость (при изменении их на единицу измерения) совместно с таким агротехническим приёмом, как первый срок сева, способствуют уменьшению на 30 ед. показаний прибора ИДК-1 (в изученных пределах 45 — 105 ед. ИДК-1), т.е. улучшению качества клейковины, в том числе первый срок сева способствует улучшению качества клейковины на 7,10 ед. ИДК-1. При данном сочетании погодных факторов наибольшее положительное влияние на дисперсию качества клейковины в этот межфазный период вегетации в первый срок сева вносят: средняя температура воздуха (в = — 0,930); скорость ветра (в = — 0,598) и отрицательное — средний дефицит влажности воздуха (в = 0,397). Увеличение средней температуры воздуха на 1°С (в изученных пределах 19,2^25,4°С), скорости ветра на 1 м/сек (в изученных пределах 10,0 — 12,7 м/сек) и уменьшение среднего дефицита влажности воздуха на 1 мбар (в пределах 8,9^19,5 мбар) приводят к снижению на 10,62; 14,58 и 2,48 ед. ИДК-1, т.е. улучшению качества клейковины. Третий срок сева способствует увеличению на 7,60 ед. ИДК-1, т.е. снижает качество клейковины.

Вывод. Полученные математические модели «погода — качество клейковины» и «погода — качество клейковины — сроки сева» яровой сильной пшеницы и научно обоснованные параметры погодных факторов для формирования высокого качества клейковины яровой мягкой пшеницы в Оренбургской области могут быть применены на практике.

Литература

1. Вакар А.Б. Клейковина пшеницы. М.: АН СССР, 1961. 252 с.

2. Казаков Е.Д., Кретович В.Л. Биохимия зерна и продуктов его переработки. М.: Колос, 1980. 319 с.

3. ГОСТ Р 52554 — 2006 Пшеница. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2006. 9 с.

4. Сандакова Г.Н., Крючков А.Г. Научное обоснование зон оптимального размещения производства и глубокой переработки высококачественного зерна яровой пшеницы в степи Южного Урала. Оренбург, 2012. 222с.

5. Дегтярева Г.В. Погода, урожай и качество зерна яровой пшеницы. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 216 с.

6. Ряховский А.В. Урожай и белковость зерна яровой пшеницы по различным предшественникам в зависимости от нормы высева семян и удобрений //Зерновые культуры, 1998. № 3. С. 18.

7. Долгалев М.П., Тихонов В.Е. Адаптивная селекция яровой пшеницы в Оренбургском Приуралье. Оренбург, 2005. 290 с.

8. Сандакова Г.Н., Крючков А.Г. Научно обоснованные параметры моделей формирования высокобелкового и высоконатурного зерна сильной пшеницы в условиях Оренбургского Предуралья в зависимости от погодных условий и агротехнических приёмов возделывания. Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2014. 86с.

9. Сандакова Г.Н. Модели погодных условий и агротехнических приёмов возделывания для формирования зерна яровой мягкой пшеницы с высоким содержанием клейковины в центральной зоне Оренбургской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 6 (62). С. 21 - 25.

10. Сандакова Г.Н. Модели погодных условий и агротехнических приёмов возделывания для формирования высоконатурного зерна яровой мягкой пшеницы в центральной зоне Оренбургской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 4 (54). С. 24 — 27.