СПОСОБ ТАНДЕМНОГО ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
METHOD OF TANDEM CULTIVATION OF AGRICULTURAL CROPS TO INCREASE PRODUCTION OF FOOD GRAINS

Данное изобретение относится к способу тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур.
Точнее, данное изобретение относится к способу тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур при использовании сортов культур с характеристиками фенологической пластичности и признаками устойчивости к температуре.
В последние годы продовольственная безопасность подвержена опасности во всем мире, особенно в третьем мире. Содействующие факторы включают переключение культивирования зерновых культур на культуры для биотоплива в США, Канаде, Европе и Австралии, изменение климата, ведущее к глобальному потеплению, истощение продовольственных запасов и возрастающие цены на хлебопекарную пшеницу и другие профилирующие пищевые культуры на мировых рынках. Увеличение населения, быстрый экономический рост и ухудшающееся глобальное потепление будут дополнять социальный кризис, связанный с продовольствием в будущем. Требуется динамичное развитие сельского хозяйства, чтобы прокормить 10 биллионов человек к 2050 году.
Потребность в зерновой хлебопекарной пшенице Triticum aestivus, пригодной для потребления с наименьшей обработкой, как ожидают, должна повыситься на 50% в продолжение следующих двадцати лет в расчете на увеличение населения и возрастающее предпочтение к ней, как непосредственно потребляемой основной пище. В течение последнего десятилетия Индия стояла перед снижением производства пшеницы, увеличением в потреблении пшеницы и большим импортом пшеницы. Индия также имеет дефицит в производстве съедобного масла и исследует альтернативные растительные масла для превращения в биотопливо.
Пшеницу обычно высевают в ноябре месяце в климатических условиях Индо-Ганга. Средний урожай на фермерских полях составляет примерно 3 тонны на гектар. К тому времени, когда культура достигает созревания, это - март-апрель, и температура является высокой. Зерна получаются созревшими и оформленными, когда культура готова для сбора урожая.
Горчица используется в Индии как источник растительного масла и могла бы служить в качестве возможного биотоплива. Подобно многим другим странам, Индия стремится увеличивать производство пшеницы и масла из семян Brassica горчицы наряду с производством других продовольственных основных продуктов. Это будет включать лучшее регулирование почвы, ирригационной воды, минерального питания, вредителей и болезней, новые режимы культивирования пшеницы и горчицы и улучшенные сорта для достижения данной цели. Изменение в режимах культивирования проявляется как существенное средство для повышения производства пшеницы и горчицы.
Может быть сделана ссылка на статью R.A. Sherry et al. (2007) Divergence of reproductive phenology under climate warming. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 204: 198-202. Данная статья сообщает об эффекте нагревания для индукции отклонения в фенологии цветения и плодоношения и об изменениях среди видов в направлении и размере их реакции на вызванное теплом сжатие и расширение репродуктивных периодов различных видов. Таким образом, данная статья делает вывод о том, что изменение климата могло бы изменять уровневые особенности сообщества в плане репродуктивной фенологии.
Данная статья только сообщает об изменении фенологии разных видов из-за изменения в температуре, но задача, как использовать различные фенологии культур для повышения их продуктивности, не является предметом данной статьи.
Другая ссылка может быть сделана на статью S.M.S. Tomar et al. (2004) Pusa Gold (WR544) a new variety for very late sown conditions. Intensive Agri. 42: 18-19.
Главная задача данного изобретения состоит в создании способа тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур.
Другая задача данного изобретения состоит в создании способа тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур при использовании сортов культур с признаками фенологической пластичности и устойчивости к температуре.
Еще одна задача данного изобретения состоит в создании способа тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пшеницы и горчицы.
Еще другая задача данного изобретения состоит в создании способа тандемного возделывания двух пищевых зерновых культур пшеницы в длительном сезоне раби с сентября до апреля в агроклимате Индо-Гангских равнин.
В данном изобретении предложен способ тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур при использовании сортов культур с признаками фенологической пластичности и устойчивости к температуре. Зерновая хлебопекарная пшеница и горчица для производства масла из семян представляют собой традиционные сельскохозяйственные культуры зимнего сезона (раби) в равнинах северной Индии/Индо-Гангских равнинах. Данная область испытывает понижающиеся уровни теплой погоды и долгие дни в сентябре, октябре и ноябре, прогрессирующее повышение и затем снижение холодных условий и короткие дни между ноябрем и мартом и начало теплой погоды c возвратом к лету и соответственно более длинные дни в марте и апреле. Условно в данной области принята к возделыванию сезонная культура пшеницы или горчицы. Данное изобретение ставит условие в том, что две тандемные культуры пшеницы или горчицы или пшеницы с последующей горчицей или наоборот могли быть приняты к возделыванию в зимнем сезоне раби Индо-Гангских равнин для повышения производства данных продуктов. Данная концепция не пришла на ум специалистам в области возделывания и селекции пшеницы и, насколько известно, отсутствует сообщение о тандемном возделывании пшеницы при природных сезонных изменениях агроклиматов на площадях, где практикуется разведение пшеницы. Для тандемного возделывания культур сорта пшеницы и горчицы должны проявлять свойства цветения в условиях длинного или короткого дня, устойчивость к градиентам температуры и достигать более раннего созревания чем обычное. Желаемые характеристики фенологической и температурной ответной пластичности, которые, как известно, имеют место в вариантных генотипах разных растительных видов [1], должны разрешить такое предполагаемое рентабельное возделывание пшеницы и горчицы в раби/зимнем сезоне в Индо-Гангских равнинах и других географических областях, имеющих соответствующие агроклиматы, где почвенные условия также аналогичны условиям, преобладающим в Индо-Гангских равнинах.
В соответствии с этим, в данном изобретении предлагается способ тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур, причем способ включает следующие стадии, на которых осуществляют:
(а) выбор, по меньшей мере, одной подходящей культуры на основе характеристик фенологической пластичности и признаков устойчивости к температуре;
(b) выбор определенного сезона;
(с) выбор периода вегетации в интервале 70-100 суток между посевом и уборкой урожая одной культуры;
(d) выбор периода вегетации в интервале 85-120 суток между посевом и уборкой урожая второй культуры, следующей за первой культурой, данной на стадии (с).
В варианте осуществления данного изобретения использованная указанная культура выбрана из сельскохозяйственных культур зимнего сезона раби, предпочтительно горчицы и пшеницы и картофеля.
В другом варианте осуществления данного изобретения использованные сельскохозяйственные культуры представляют собой сорт горчицы “Agrani” и/или сорт пшеницы “Pusa Gold”.
В еще другом варианте осуществления данного изобретения, тандемное возделывание сельскохозяйственных культур выполнено как возделывание пшеницы с последующей пшеницей или горчицы с последующей горчицей или пшеницы с последующей горчицей или горчицы с последующей пшеницей.
В еще другом варианте осуществления данного изобретения, фенологическая пластичность, проявляемая сортом сельскохозяйственной культуры, выбрана на основе условий цветения при длинных/коротких днях, градиентов устойчивости к температуре и способности к более раннему созреванию.
В еще другом варианте осуществления данного изобретения, использованное состояние окружающей среды предпочтительно является состоянием, преобладающим в Индо-Гангских равнинах.
Далее в другом варианте осуществления данного изобретения, определенный сезон, использованный для посева и уборки урожая, выбран с сентября по апрель.
В еще другом варианте осуществления данного изобретения, повышение урожая сельскохозяйственных культур принимает значение в интервале 40-60% при использовании данного способа.
В еще другом варианте осуществления данного изобретения, урожай сельскохозяйственных культур принимает значение в интервале 2-10 тонн на гектар.
В еще другом варианте осуществления данного изобретения, тандемное возделывание сельскохозяйственных культур выполняется посевом одной культуры в сентябре и уборкой урожая в ноябре/декабре с последующим посевом второй культуры в ноябре/декабре/январе и уборкой урожая в апреле.
Краткое описание таблиц и чертежей
Таблица 1 показывает влияние времени посева на урожай зерна хлебопекарной пшеницы Triticum aestivum сорта Pusa-Gold и горчицы Brassica juncea сорта Agrani в зимнем раби сезоне культивирования в Нью Делхи, сезон 2006-2007.
Таблица 2 показывает продолжительность посева культуры и уборки урожая в случае тандемного возделывания культуры соответственно с урожаем зерна, сезон 2006-07.
Таблица 3 показывает влияние времени посева на урожай зерна пшеницы Triticum aestivum сорта Pusa-Gold в зимнем раби сезоне культивирования в Нью Делхи, сезон 2007-2008.
Таблица 4 показывает продолжительность посева культуры и уборки урожая в случае тандемного возделывания культуры соответственно с урожаем зерна по отношению к обычному возделыванию культуры, сезон 2007-08.
2
Фиг. 1А показывает культуры пшеницы от трех дат посева в 5 м делянках на 22 октября, 07.
2
Фиг. 1В показывает культуры пшеницы от трех дат посева в 5 м делянках на 27 ноября, 07.
2
Фиг. 2 показывает культуры пшеницы от трех дат посева в 5 м делянках на 21 февраля, 07 на экспериментальной ферме Национального института исследования генома растений (National Institute of Plant Genomne Research, NIPGR), Aruna Asaf Ali Marg, Нью Делхи-67, Индия.
Более подробно, данное изобретение относится к способу тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур при использовании разновидностей культур с признаками фенологической пластичности и устойчивости к температуре. Для подтверждения данного изобретения потребовались разновидности/сорта пшеницы и горчицы, которые обладали признаками фенологической пластичности и устойчивости к температуре. Культуры хлебопекарной пшеницы и горчицы, хотя имели истоки в умеренной части мира, в настоящее время широко возделываются в регионах полу-умеренного климата использованием сортов, разработанных применением методик растениеводства. Было выполнено исследование для сорта пшеницы, подходящей для позднего посева, и сорта горчицы, обладающих признаком раннего созревания в регионах полу-умеренного климата. Предусматривалось, что такие разновидности хорошо будут реагировать на изменения в сезонной окружающей среде Индо-Гангских равнин адаптивным образом. Данное исследование привело к идентификации разновидности пшеницы, названной Pusa Gold [2], и разновидности горчицы Agrani [с коричневыми семенами], обе выведены Индийским сельскохозяйственным научным институтом (Indian Agricultural Research Institute), Нью Делхи, в качестве экспериментальных материалов для тестирования концепции данного изобретения.
Фенологическая пластичность представляет собой признак растений, который отражает независимость времени цветения от контролируемых физических факторов, таких как длины дня/ночи и температурного режима, преобладающего в вегетационном периоде.
Время цветения в растениях представляет собой обычно используемый параметр для измерения фенологической пластичности. Время цветения определяли экспозицией длины дня и температуры в период вегетации. Цветение в фенологически пластичных растениях происходит относительно независимо от определяющих факторов.
Семена сорта Pusa Gold WR544 (пшеница) получали из Индийского сельскохозяйственного научного института в сентябре 2005 и высевали поздним сентябрем. Десять растений, которые были морфологически идентичны и показали чистоту посредством ДНК-маркер-анализа, были взяты как источник семян для последующего экспериментирования. Первый опыт по способу оценки тандемного возделывания культуры для повышенного производства пшеницы проводили в период от сентября 2006 до апреля 2007. Второй опыт проводили в течение того же периода в сентябре,07 до апреля,08.
В 2006-07 сезонах, сорт Pusa Gold сравнивали с тремя увеличениями в 9, 13 и 16 для времени цветения и параметрами роста и урожая. Это идентифицировали, как характеристическую фенологическую пластичность, которая может быть использована для повышенного урожая культуры. При увеличении 9 имеются особенности, такие как раннее цветение, аналогичное для Pusa Gold, и соломинки, несущие колосья, являются менее восковыми. Увеличение 13 представляет собой карликовое, более позднее цветение чем для Pusa Gold, и соломинка, несущая колос, является восковой. Увеличение 16 представляет собой очень позднее цветение и показывает слабую фенологическую пластичность.
Семена отбирали от образцов семян разработчика после тестирования и полевые опыты проводили на экспериментальной ферме Национального института исследования генома растений (National Institute of Plant Genome Research), Нью Делхи. Оценка эксперимента была такой, как указано ниже. В сезоне 2006-07 были проведены обработки посевов 11 культур пшеницы и двух культур горчицы. Pusa Gold высевали с интервалом 13-17 суток, начиная от 18 сентября 2006 до 17 февраля 2007, по рандомизированной блок-системе, повторенной четыре раза. Agrani высевали 15 сентября и 1 января с 11 повторностями. Приблизительно 1500 семян пшеницы и 1000 семян горчицы высевали в 10 полос длиной в 3 м в открытом грунте на расстоянии 20 см в каждом блоке размером 3 м х 2 м. N, P, K и S удобрение вносили в дозе 60, 40, 40 и 10 кг/ гектар, соответственно. Почвенные условия поддерживали теми же самыми, которые преобладали в Индо-Гангских равнинах. Культуры убирали блочным образом при созревании зерна. Зерна отделяли спустя 7-14 дней после сбора урожая, урожай фиксировали. Данные сравнивали с обычно доступными стандартами по уборке урожая, вегетационному периоду и выходу зерна и данные статистически анализировали.
Патентоспособность данного изобретения состоит в идентификации разновидностей определенных культур, имеющих характеристичную фенологическую пластичность и устойчивость к температурам, и в применении их для повышения производства культур вплоть до 50%.
Культуру пшеницы обычно высевают в ноябре, в данном изобретении были выбраны некоторые разновидности пшеницы и посеял в сентябре с последующей уборкой урожая в ноябре/декабре в тандеме к другой разновидности горчицы или пшеницы, посеянной в ноябре/декабре/январе с последующей уборкой урожая в марте/апреле, и получил существенное повышение в общем урожае по сравнению с обычной одной культурой.
Следующие примеры даны путем иллюстрирования данного изобретения и поэтому не должны восприниматься как ограничение области данного изобретения.
Пример 1
Хлебопекарная пшеница, посеянная в третью неделю сентября и убранная в конце декабря и посеянная повторно в первую неделю января и убранная в середине апреля, дает суммарный урожай в 10 тонн на гектар, т.е., на 40-50% больше чем традиционная одна культура пшеницы.
Таблица 1
Культура
Дата
Период вегетации (сутки)
Урожай зерна (тонны на гектар)
посева
уборки урожая
Хлебо-пекарная пшеница
18 сентября 06
16 декабря 06
90
5,2±0,4
1 октября 06
15 января 07
107
6,2±0,9
17 октября 06
6 февраля 07
112
5,8±0,6
1 ноября 06
26 февраля 07
118
7,0±0,8
15 ноября 06
17 марта 07
123
7,0±1,0
1 декабря 06
29 марта 07
119
7,0±0,6
15 декабря 06
3 апреля 07
109
4,7±0,4
1 января 07
7 апреля 07
97
4,3±0,4
15 января 07
14 апреля 07
90
4,2±0,5
2 февраля 07
21 апреля 07
79
3,0±0,3
17 февраля 07
25 апреля 07
68
2,0±0,4
Горчица
15 сентября 06
20 декабря 06
97
3,5±0,6
1 января 07
10 апреля 07
100
2,8±0,6
Таблица 2
Период вегетации культуры
Общий урожай зерна (т/га)
первый
второй
сентябрь 18-декабрь 16.06
январь 01-апрель 07.07
9,5
октябрь 01.2006-январь 15.07
февраль 02-апрель 21.07
9,2
Результаты, представленные в таблице 1, показывают, что зерно могло быть получено как урожай от культур пшеницы, посеянных во все разные периоды. Урожай зерна составлял примерно 7 тонн/гектар (т/га), когда культуры высевали 1 ноября, 15 ноября или 1 декабря; данным культурам требовалось 118, 123 и 119 суток для созревания, соответственно. Урожай составлял 5,2 и 6,2 т/га для культур пшеницы, посеянных раньше культур на 18 сентября и 1 октября, которым требовалось 90 и 107 суток для созревания, соответственно. Культуры пшеницы, посеянные 15 декабря, 1 января, 15 января и 2 февраля, которым требовалось 110, 97, 90 и 79 суток для созревания, давали урожай зерна при величине 4,7, 4,3, 4,2 и 3,0 т/га, соответственно. Поэтому ожидается, что культуры пшеницы, посеянные между 18 сентября и 1 октября, дадут урожай примерно 5,7 т зерна/га, и культуры пшеницы, посеянные между 15 декабря и 2 февраля, давали урожай 4,1 тонн зерна/га. Таким образом, две культуры пшеницы, растущие последовательно, дадут примерно 9,8 т/га или произведут на 40% больше зерна пшеницы, чем обычная одна культура пшеницы. Таблица 1 также показывает, что горчица может быть посеяна в тандеме с культурой пшеницы по схемам пшеница→горчица или горчица→пшеница.
Пример 2
Горчица, посеянная в начале сентября и убранная в середине декабря, даст урожаи в 3 т/га семян на растительное масло и то же самое поле, засеянное пшеницей в конце декабря или начале января, даст 5 т/га зерна хлебного злака.
Таблица 3: Действие времени посева на урожай зерна пшеницы Triticum aestivum сорта Pusa-Gold в зимнем раби-сезоне возделывания в Нью Делхи, интервал 2007-2008.
Таблица 3
Поряд-ковый №
Дата
Период вегетации (сутки)
Урожай зерна (тонны на гектар)
посева
уборки урожая
1
1 сентября 07
17 ноября 07
78
4,1±0,7
2
8 сентября 07
27 ноября 07
80
4,5±0,6
3
15 сентября 07
15 декабря 07
91
4,8±0,5
4
22 сентября 07
31 декабря 07
100
5,2±0,2
5
29 сентября 07
14 января 08
108
5,3±0,2
6
20 ноября 07
16 марта 08
118
7,0±0,9
7
30 ноября 07
23 марта 08
115
5,9±0,1
8
18 декабря 07
1 апреля 08
105
4,9±0,2
9
3 января 08
7 апреля 08
96
3,7±0,3
10
16 января 08
14 апреля 08
90
3,3±0,1
Таблица 4
Период вегетации культуры
Общий урожай зерна (т/га)
первый
второй
сентябрь 1-ноябрь 17.07
ноябрь 20-март 16.08
11,1
сентябрь 08-ноябрь 27.07
ноябрь 30.07-март 23.08
10,4
сентябрь 15-декабрь 15.07
декабрь 18.07-апрель 01.08
9,7
Период вегетации стандартной культуры
ноябрь 15.06-март 15.07
7,0
ноябрь 20.07-март 16.08
7,0
В течение 2007-08 культуры пшеницы высевали в период от 01 сентября до 29 сентября с интервалом 1 неделя; данные культуры затем убирали при созревании зерна, тогда как вторые культуры цикла высевали спустя 3-4 дня, которые убирали, как показано в таблице 2. Анализ данных показывает, что собранный урожай культуры в период от 01 сентября до 17 ноября и от 20 ноября 07 до 16 марта 08 составлял урожай в 11,1 тонн на гектар; собранный урожай культуры в период от 08 сентября до 27 ноября 07 и от 30 ноября 07 до 23 марта 08 составлял урожай вплоть до 10,4 тонн на гектар. Аналогично, тандемное возделывание культур, проведенное в период от 07 сентября до 15 декабря 07 и от 18 декабря 07 до 01 апреля 08, давало урожай в 9,7 тонн на гектар. При сравнении с урожаем стандартной одной культуры общий урожай тандемно выращенной культуры пшеницы является более высоким, по меньшей мере, на 40-60%.
Пример 3
Пшеница, посеянная в сентябре и убранная в декабре, даст около 6 т/га зерна хлебного злака, и на том же поле культура горчицы, посеянная в январе и убранная в апреле, дает 3 т/га семян на масло.
Оптимальные результаты получали, когда использовали горчицу, картофель или пшеницу в качестве первой культуры и пшеницу в качестве второй культуры. Промежуток между уборкой первой культуры и посевом второй культуры в способе тандемного возделывания сельскохозяйственных культур не должен быть больше чем 15-20 суток, однако промежуток должен быть как возможно меньшим, чтобы реализовать потенциал тандемного возделывания.
Все примеры подтверждают концепцию тандемного возделывания пшеницы, которая была экспериментально оценена в поле, и было показано, что продукция выбранных культур может быть повышена тандемным возделыванием культур в зимнем сезоне раби с сентября по апрель при применении следующей схемы: пшеница→пшеница, горчица→пшеница или пшеница→горчица. Хотя некоторые существующие сорта подходят для реализации на практике предлагаемых схем тандемного возделывания культур, существует необходимость в выведении разновидностей для соответствия данным схемам, чтобы пожинать плоды полного потенциала сезонного тандемного возделывания.