Погодные факторы и их связи с фотосинтетическими показателями яровой твёрдой пшеницы в степи Оренбургского Зауралья

Погодные факторы и их связь с фотосинтетическими показателями яровой твёрдой пшеницы в степи Оренбургского Зауралья

А.Г.Крючков, д.с.-х.н., профессор, ФГБНУ Оренбургский НИИСХ

На протяжении целого столетия, начиная с первого научного учреждения в 1914 г. (Бузулук-ское опытное поле), на территории более 2 тыс. км от НИИСХ Юго-Востока до ВНИИЗХ и КИЗ (п. Шортанды и г. Алма-Ата, Казахстан) в степях Оренбургской области технология возделывания яровой твёрдой пшеницы строилась на базе данных полевых экспериментов, связанных со способами обработки почвы, нормами высева, сроками сева, предшественниками, удобрениями, средствами химзащиты, сроками и способами уборки, приёмами предпосевной обработки, сортированием семян и испытанием сортов [1 — 6]. При этом не обращалось особого внимания на биологические, физиологические особенности, конструкцию её посевов, без углублённого познания которых невозможен прогресс в наращивании продуктивности любой культуры. Более того, не исследовались особенности фотосинтезирующих органов растений, изменяющихся под действием погодных, почвенных факторов и технологических приёмов. Отдельные работы по вопросам фотосинтетической деятельности яровой твёрдой и мягкой пшеницы не затрагивали связи параметров фотосинтезирующих органов с погодными факторами.

В соответствии с этим и учитывая тот факт, что на размеры и показатели фотосинтетической деятельности растений яровой твёрдой пшеницы определяющее воздействие оказывают погодные факторы в засушливой степи, нами впервые проведён поиск этих зависимостей.

Материал и методы исследования. Материалом для исследования служили результаты полевого эксперимента с яровой твёрдой пшеницей сорта Оренбургская 10 за 2001 — 2003 гг., проведённого на базе ФГУП ОПХ «Советская Россия» по схеме: 3 срока сева х 3 нормы высева х 2 фона. Начало 1-го срока сева определяли по мере наступления физической спелости почвы, 2-срок наступал через 10 сут., 3-й — через 20 сут. после 1-го. Нормы высева семян составляли 2,5 — 3,5 — 4,5 млн всх. семян на 1 га, фоны были представлены паром почвозащитным без удобрений и паром почвозащитным удобренным Р40 кг д.в. на 1 га.

В последующие годы проблема, поставленная в статье, продолжала изучаться, но именно в 2001 — 2003 гг. для формирования фотосинтетических показателей яровой твёрдой пшеницы при выращивании её по парам сложились условия выше среднего многолетнего уровня и наиболее благоприятные.

Данные о погоде были взяты из бюллетеней ГМЦ Оренбургской области по АГМС «Айдырля» и МП «Адамовка» [7]. Влажность почвы определяли путём отбора и высушивания проб по общепринятой методике. Площади фотосинтезирующей поверхности листьев определяли путём измерения длины и ширины листа с последующим расчётом по формуле Аникеева — Кутузова: ПЛ=2/3РЬ.

где Р — длина листа, И — ширина листа, см.

Площадь ФП стеблей устанавливали путём перемножения длины окружности на длину стебля, а ФП колоса — по формуле параллепипеда.

Корреляционный нелинейный анализ связей выполнен по Б. А. Доспехову (1979) [8] с вычислениями на ПЭВМ по программе Statgrafiks.

Результаты исследования. Погодные условия за годы исследования характеризовались по вариантам опыта с учётом прохождения периода посев — колошение. Среднесуточная температура воздуха не превышала 17,9°С, ЕТ — 1109,4°С, коэффициент влагообеспеченности по А. М. Алпатьеву [9] был в пределах 0,74 — 1,3 ед., запасы влаги в метровом слое почвы составляли 135,8 — 169 мм, осадков выпало 44,8 - 97,6 мм, ПАЗ-1 (по С. С. Синицыну) [10] не превышал 64,4 мм, коэффициенты засушливости и дискомфортности по А. Г. Крючкову составляли соответственно 0,47 ед. и 0,5596 ед.

Урожайность яровой твёрдой пшеницы в период исследования сформировалась на уровне от 2,07 до 3,96 т с 1 га.

В этих условиях площадь фотосинтезирующей поверхности листьев яровой твёрдой пшеницы сорта Оренбургская 10 изменялась от 3,81 до 34,57 тыс. м2 на 1 га при средней величине 12,44 тыс. м2 на 1 га.

Площадь ФП стеблей была в пределах 14,45^62,42 тыс. м2 на 1 га (ср.=37,86 тыс. м2 на 1 га), ФП колосьев — от 1,73 до 8,56 тыс. м2 на 1 га (ср.=4,78 тыс. м2 на 1 га), ЕФП растений — от 23,53 до 86,16 тыс. м2 на 1 га (ср.=54,94 тыс. м2 на 1 га), ФСП растений — от 1026,5 до 4308 тыс. м2/ га/сут. (ср.=2741,5 тыс. м2/га/сут.) и ЧПФ растений суммарной ФП растений — от 1,27 до 7,64 г/м2/сут.

Показатели погодных факторов и коэффициенты их взаимодействия отличались различной степенью изменчивости. В категорию слабого варьирования (до 10%) вошли относительная влажность воздуха (у=2,69%), среднесуточная t воздуха (у=5,5%), запас влаги в почве к севу (у=6,63 %) и сумма температур воздуха (у=7,11%). В категории среднего варьирования (10 — 20%) оказались сумма влаги (у=10,09%), среднесуточный dW воздуха

(у=10,99%), воздуха (у=14,07 %), суммарное испарение (у=14,08%), коэффициент влагообеспе-ченности (у=16,04%). В категорию с сильной изменчивостью (20 — 30%) вошли осадки (у=25,18 %). При этом коэффициенты, выражающие взаимодействие факторов, относились к категории сильнейшей изменчивости (>30%). Они составили для коэффициента технологической нагрузки 48,79%, ПАЗ-1 — 51,06%, а коэффициентов засушливости, дискомфортности и оптимальности — соответственно 52,93; 60,89 и 74,41%, что объясняется противоречивостью действия включённых в них факторов.

Далеко неоднозначной была и реакция растений на формирование фотосинтетических показателей своих органов под воздействием изученных погодных условий. Сильнее всего была подвержена изменениям площадь ФП листьев (у=20,42 — 60,15%), ФП стеблей варьировала в пределах 15,24 — 23,71%, ФП колосьев - 15,58 - 24,52%, ЕФП растений -13,74 - 21,91%, ФСП - 11,56 - 22,17% и ЧПФ -от 11,25 до 22,27% по неудобренному пару. По удобренному пару проявилась подобная картина.

Исследование связей площади ФП листьев с изучаемыми факторами позволило установить, что её величина определяется как на фоне без удобрения, так и по удобренному Р40 кг д.в. на 1 га пару коэффициентами дискомфортности (пух=0,932 и 0,960), засушливости (пух=0,922 и 0,943), ПАЗ-1 (пух= 0,907 и 0,931) и оптимальности (пух= 0,880 и 0,888) (табл.).

По пару без удобрений лощадь ФП стеблей оказалась в сильной связи с коэффициентом засушливости (пух= 0,942), относительной W воздуха (пух=0,915), коэффициентом оптимальности (Пух=0,854), осадками (пух= 0,820), коэффициентом технологической нагрузки (пух=0,802), суммой влаги (Пух=0,762) и ПАЗ-1 (пух=0,726), а по удобренному пару - с относительной W воздуха (пух= 0,852), коэффициентом дискомфортности (пух=0,842), коэффициентом технологической нагрузки (пух=0,838), суммой влаги (пух= 0,799), коэффициентом влагоо-беспеченности (пух=0,799), запасом влаги к севу (Пух=0,766) и коэффициентом оптимальности (пух= 0,750). Средняя она была (пух=0,697) с коэффициентом засушливости.

Фотосинтезирующая поверхность колосьев по пару без удобрений зависела от ПАЗ-1 (пух=0,860), коэффициента засушливости (пух=0,849), коэффициента дискомфортности (пух=0,801). Более слабые относительно связи проявились с суммой dW воздуха (пух=0,795), суммой влаги (пух=0,762), среднесуточной 1 воздуха (пух= 0,751) и суммарным испарением (пух=0,748).

По удобренному пару ФП колосьев коррелировала с коэффициентами дискомфортности (Пух=0,888), засушливости (пух=0,873), технологической нагрузки (пух=0,776), ПАЗ-1 (пух=0,761), влагообеспеченности (пух=0,740) и суммой влаги (Пух=0,724).

Суммарная ФП растений яровой твёрдой пшеницы по пару без удобрений находилась в сильной зависимости от суммы температур воздуха (пух=0,870), ПАЗ-1 (пух=0,855), коэффициента засушливости (Пух= 0,843) и относительной W воздуха(пух= 0,830). Менее выражены были её зависимости от коэффициента технологической нагрузки (пух= 0,791), коэффициента дискомфортности (пух= 0,777), осадков (Пух=0,752) и среднесуточной 1 воздуха (пух=0,741).

По удобренному пару роли факторов поменялись местами. Здесь сильнее всего были выражены связи с коэффициентом технологической нагрузки (Пух= 0,866), ПАЗ-1 (пух=0,863), коэффициентом дискомфортности (пух=0,833) и коэффициентом засушливости (пух=0,806), среднесуточной 1 воздуха (пух=0,731) и суммой температур (пух=0,730).

Величина ФСП растений по пару без удобрений была в сильной связи с относительной W воздуха (Пух=0,831), коэффициентом засушливости (пух= 0,843), коэффициентом технологической нагрузки (Пух= 0,791), осадками (пух= 0,752) и коэффициентом дискомфортности (пух= 0,734).

На фоне удобренного пара величина ФСП растений определялась влиянием ПАЗ-1 (пух= 0,876), коэффициента технологической нагрузки (Пух=0,837), коэффициента засушливости (пух= 0,823), относительной W воздуха (пух=0,741), коэффициента дискомфортности (пух=0,734), суммы температур (пух= 0,728) и среднесуточной 1 воздуха (Пух=0,732).

Чистая продуктивность фотосинтеза яровой твёрдой пшеницы по пару без удобрений сильно и тесно коррелировала с относительной Wвоздуха (Пух= 0,943), осадками (пух= 0,918), среднесуточной 1 воздуха (пух=0,833), суммой влаги (пух=0,735), ПАЗ-1 (пух=0,736) и коэффициентами: засушливости (пух= 0,737), дискомфортности (пух= 0,769), оптимальности (пух= 0,789) и технологической нагрузки (пух=0,692).

По удобренному пару ЧПФ растений коррелировала с относительной W воздуха (пух= 0,866), суммой температур воздуха (пух= 0,863), осадками (Пух=0,843), коэффициентом оптимальности (пух= 0,814), влагообеспеченности (пух= 0,800), среднесуточной 1 воздуха (пух= 0,774), ПАЗ-1 (пух=0,783), суммой влаги (пух= 0,754), коэффициентом дискомфортности (пух= 0,752) и технологической нагрузки (Пух= 0,745).

Вывод. Подводя итоги анализа степени зависимости площади фотосинтезирующей поверхности отдельных органов яровой твёрдой пшеницы, можно заключить, что в пределах показателей изученных факторов погоды и их комплексных коэффициентов воздействия наиболее напряжённо складываются отношения площади ФП листьев.

Величину площади фотосинтезирующей поверхности листьев на фоне почвозащитного пара без удобрений на момент перехода к зернообразованию определяют 7 факторов, площадь ФП стеблей - 5,

Корреляционные связи площади фотосинтезирующей поверхности различных органов яровой твёрдой пшеницы с погодными факторами, их комплексными коэффициентами и технологической нагрузкой на различных агрофонах в Оренбургском Зауралье (Восточный опорный пункт,

2001 — 2003 гг.)

Факторы Площадь листьев Площадь стеблей Площадь колосьев ЕФП растений ФСП растений ЧПФ растений

Пар без удобрений

Среднесуточная t воздуха, °С 0,529 0,418 0,751 0,741 0,614 0,833

ЕТ воздуха, °С 0,647 0,344 0,702 0,870 0,478 0,561

Осадки, мм 0,799 0,820 0,702 0,752 0,752 0,913

Запас влаги в почве к севу, мм 0,821 0,705 0,438 0,252 0,251 0,652

Сумма влаги, мм 0,878 0,762 0,762 0,699 0,652 0,735

Суммарное испарение, мм 0,502 0,187 0,748 0,615 0,460 0,286

Коэффициент влагообеспеченности, ед. 0,286 0,575 0,324 0,679 0,397 0,416

Относительная W воздуха, % 0,696 0,915 0,682 0,830 0,836 0,943

Среднесуточный dW воздуха, мм 0,068 0,583 0,173 0,442 0,442 0,704

воздуха, мм 0,502 0,188 0,795 0,643 0,647 0,314

ПАЗ-1, мм 0,907 0,726 0,860 0,855 0,855 0,736

Коэффициент засушливости, ед. 0,922 0,942 0,849 0,843 0,843 0,757

Коэффициент дискомфортности, ед. 0,932 0,694 0,801 0,777 0,734 0,769

Коэффициент технологической нагрузки, ед. 0,222 0,802 0,574 0,791 0,791 0,692

Коэффициент оптимальности, ед. 0,880 0,850 0,395 0,576 0,601 0,789

Пар удобренный Р40 кг. д.в. на 1 га

Среднесуточная t воздуха, °С 0,571 0,620 0,437 0,732 0,732 0,774

ЕТ воздуха, °С 0,640 0,645 0,641 0,730 0,728 0,863

Осадки, мм 0,857 0,586 0,579 0,578 0,675 0,843

Запас влаги в почве к севу, мм 0,754 0,766 0,641 0,370 0,371 0,682

Сумма влаги, мм 0,857 0,799 0,724 0,567 0,546 0,754

Суммарное испарение, мм 0,499 0,278 0,395 0,511 0,648 0,466

Коэффициент влагообеспеченности ед. 0,328 0,799 0,740 0,494 0,477 0,800

Относительная W воздуха, % 0,739 0,852 0,677 0,795 0,741 0,866

Среднесуточный dW воздуха, мм 0,044 0,207 0,028 0,258 0,416 0,03

ЕdW воздуха, мм 0,499 0,277 0,394 0,512 0,647 0,466

ПАЗ-1, мм 0,931 0,649 0,761 0,863 0,876 0,783

Коэффициент засушливости, ед. 0,943 0,697 0,873 0,806 0,823 0,339

Коэффициент дискомфортности, ед. 0,910 0,842 0,888 0,833 0,715 0,752

Коэффициент технологической нагрузки, ед. 0,056 0,838 0,776 0,866 0,837 0,745

Коэффициент оптимальности, ед. 0,886 0,750 0,429 0,382 0,380 0,814

ФП колосьев — 3 фактора и комплексы их взаимодействия.

В число главных действующих факторов на площадь ФП листьев вошли: коэффициенты дискомфортности, засушливости, ПАЗ-1, коэффициент оптимальности, сумма влаги, её запас к севу и осадки. Для площади ФП стеблей наиболее значимыми были коэффициент засушливости, относительная воздуха, коэффициент оптимальности, осадки и коэффициент технологической нагрузки, а для площади ФП колосьев — ПАЗ-1 (показатель атмосферной засушливости), коэф-

фициент засушливости и коэффициент дискомфортности.

Суммарную ФП растений определяли сумма температур воздуха, ПАЗ-1, коэффициент засушливости и относительная W воздуха. Для ФСП растений были наиболее важными ПАЗ-1, коэффициент засушливости и относительная W воздуха, а для ЧПФ — относительная W воздуха, осадки и среднесуточная t воздуха.

Фосфорное удобрение в дозе 40 кг д.в. на 1 га в целом способствовало снижению напряжённости коррелятивных связей по сравнению со связями

по неудобренному пару, но тем не менее отдельные из них были главенствующими. Для площади ФП листьев к ним относились коэффициент засушливости, ПАЗ-1, коэффициент дискомфортности, технологической нагрузки, сумма влаги и коэффициент влагообеспеченности, а для ФП колосьев - коэффициенты: дискомфортности и засушливости.

На площади ЕФП растений отражалось влияние коэффициента технологической нагрузки, ПАЗ-1, коэффициентов дискомфортности и засушливости.

Для ФСП растений наиболее ощутимой было действие ПАЗ-1, коэффициентов технологической нагрузки и засушливости, а для ЧПФ - суммы температур воздуха, осадков, относительной W воздуха, коэффициента оптимальности и влаго-обеспеченности.

Более полная картина коррелятивных связей фотосинтетических показателей яровой твёрдой пшеницы в степи Оренбургского Зауралья в фазе колошения будет получена только после проведения дальнейших исследований в группе засушливых и экстремально засушливых условий лет на этой территории.

Литература

1. Кумаков В. А. Физиологическое обоснование моделей сортов пшеницы. М.: Колос, 1985.

2. Беденко В. П. Фотосинтез и продуктивность пшеницы на Юго-Востоке Казахстана. Алма-Ата: Наука, 1980. 224 с.

3. Крючков А. Г. Водопотребление яровой твёрдой пшеницы в зависимости от погодных факторов и технологических приёмов в степи оренбургского Зауралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (53). С. 34 - 38.

4. Жданов В. М. Урожайность твёрдой пшеницы в зависимости от предшественников в полевых севооборотах и при бессменном посеве в оренбургском Предуралье/ В. М. Жданов, В. Ю. Скороходов, Ю. В. Кафтан, Д. В. Митрофанов, Н. А. Зенкова, В. Н. Жижин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 2 (52). С. 40 - 43.

5. Титков В.И., Байкасенов Р. К. Экономическая и энергетическая эффективность возделывания яровой твёрдой пшеницы в условиях оренбургского Предуралья и Зауралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 5 (49). С. 34 - 36.

6. Ничипорович А. А. Фотосинтез и вопросы интенсификации сельского хозяйства. М.: Наука, 1985. 48с.

7. Бюллетени Оренбургского гидрометеоцентра за 2001 - 2003 гг.

8. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Колос. 1979. 416 с.

9. Алпатьев А. М. Влагооборот культурных растений. Л.: Ги-дрометеоиздат, 1954. 248 с.

10. Синицин С. С. Показатель и результаты сравнения агроклиматических условий регионов - аналогов производства высококлассной яровой пшеницы // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2002. № 2.

Урожайность сортов озимой пшеницы в экологическом изучении в условиях Оренбургского Предуралья

И.Н.Бесалиев, д.с.-х.н., ФГБНУ Оренбургский НИИСХ

Озимая пшеница - важнейшая продовольственная культура. По сравнению с яровыми она более урожайна, а в летний период лучше переносит продолжительную засуху. В Оренбургской области площади её посевов достигали в последние годы от 155 тыс. га (2010 г.) до 270 тыс. га (2011 г.) и сосредоточены в основном в западной и центральной зонах Оренбуржья - в Бузулукском, Грачёвском, Оренбургском, Саракташском, Ташлинском и Сак-марском районах.

Главным сдерживающим фактором увеличения посевных площадей под озимую пшеницу в регионе является нарастание засушливости, особенно в летние месяцы, в результате чего к наступлению оптимальных сроков сева озимых культур в посевном слое почвы не накапливается достаточное количество влаги для получения нормальных всходов. Кроме того, в последние годы наблюдается позднее наступление устойчивого снежного покрова, а период окончания осенней вегетации озимых часто сопровождается низкими температурами воздуха, ранним промерзанием почвы, что в итоге не способствует хорошей перезимовке.

Существуют и другие факторы, сдерживающие более широкое распространение пшеницы в Оренбургской области. Это неблагоприятные условия после перезимовки - ледяная корка, длительное

оттаивание снега и др. В последние годы и в период летней вегетации озимых отмечаются высокие температуры воздуха и его низкая относительная влажность, часто совпадающая с периодом колошения - цветения озимой пшеницы.

Погодные условия Оренбуржья очень разнообразны и континентальны, что порою даже затруднительно, по мнению Л. И. Красновой [1], выделить из их числа типичные для зоны условия с тем, чтобы, ориентируясь на них, создать модель сорта озимой пшеницы. Каждый очередной год имеет свои особенности, не свойственные типичному году.

Если гидротермические условия складываются сравнительно благоприятно для роста и развития озимой пшеницы, то всем сортам свойственна повышенная зерновая продуктивность. В этом случае максимум урожайности отдельных сортов определяется величиной урожайного потенциала, свойственного данному сорту. Если же условия года неблагоприятны для озимой пшеницы, то урожайность у всех сортов резко снижается. Причём разница в урожайности по среднемноголетним данным, как у сортов интенсивного типа, так и сортов экстенсивного типа, незначительна или отсутствует вовсе. Неблагоприятные условия для роста и развития озимых культур возникают в 2 - 4 раза чаще с продвижением с северо-запада и центра на юг и восток области [2]