Водный режим, засухоустойчивость и продуктивность различных экотипов яровой пшеницы в условиях северной лесостепи среднего поволжья,
На правах рукописи
ХАМАЕВ АЙРАТ АХКЫЯМОВИЧ ВОДНЫЙ РЕЖИМ, ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТЬ И ПРОДУКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ЭКОТИПОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ, 06.01.09 - растениеводство 03.01.09 - физиология и биохимия растений
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук
Казань - 2003 Диссертационная работа выполнена на кафедре ботаники и физиологии растений Казанской государственной сельскохозяйственной академии в 2000-2003 гг.
Научный консультант: заслуженный деятель науки Российской Федерации и Республики Татарстан, доктор биологических наук, профессор Ф. Д. Самуилов
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Л. X. Гордон кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Ф. Ш. Шайхутдинов
Ведущая организация: ГУ Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Защита состоится «.» декабря 2003 года в_ часов на заседании диссертационного совета Д. 220.035.01. при Казанской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 420011, Казань, учебный городок КГСХА, корпус ФМСХ, зал заседаний.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанской государственной сельскохозяйственной академии.
Автореферат разослан « » ноября 2003 года.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, В. М. Пахомова профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Яровая пшеница - ценнейшая продовольственная культура. Основные посевные площади ее сосредоточены в засушливых и полу засушливых районах с резко континентальным климатом, куда относится и Среднее Поволжье. Зерновые культуры, в том числе яровая пшеница, в первой половине вегетационного периода часто страдают от недостатка влаги, в резуль тате чего возникают те или иные отклонения в нормальном ходе физиологиче ских процессов, которые приводят к снижению их продуктивности. На сего дняшний день, именно засуха была и остается основной причиной больших ко лебаний валовых сборов зерна по годам в нашей стране.
В этих условиях, наиболее рациональный путь получения стабильных урожаев - создание засухоустойчивых, максимально приспособленных к кон кретным условиям возделывания сортов. В селекционной работе важно изыска ние и выявление засухоустойчивых и высокопродуктивных форм зерновых куль тур применительно к конкретным регионам страны. Для решения проблем интенсификации растениеводства и практической селекции необходимо изуче ние закономерностей устойчивости растений к водному дефициту, установление чувствительности различных процессов жизнедеятельности растений к засухе.
На основе этого можно планировать создание новых сортов и разработку агро техники с учетом их эколого-географического происхождения. В связи с этим представляет большую актуальность изучение физиологических особенностей сортов яровой пшеницы разного эколого-географического происхождения в ус ловиях северной лесостепи Среднего Поволжья.
Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключается в ис следовании физиологических особенностей сортов мягкой яровой пшеницы раз ного эколого-географического происхождения при возделывании в условиях северной лесостепи Среднего Поволжья, изучении ряда физиологических при знаков, отличающих засухоустойчивые сорта от неустойчивых к засухе сортов;
выявлении связи физиологических процессов с продуктивностью сортов. В со ответствии с этой целью в работе ставились следующие задачи:
1) исследовать основные параметры водного режима растений у новых сортов яровой пшеницы лесного Европейского, лесостепного Поволжского, ле состепного и степного Западно-Сибирского, степного Европейского экотипов;
2) выявить особенности устойчивости различных экотипов яровой пше ницы к засухе;
3) изучить влияние засухи на фотосинтез, рост, развитие и продуктив ность растений яровой пшеницы;
4) установить особенности формирования элементов продуктивности у различных экотипов яровой пшеницы в связи с метеорологическими факторами;
5) выявить экономическую и энергетическую эффективность возделыва ния разных сортов яровой пшеницы в условиях региона.
Научная новизна работы. В настоящей работе впервые проведены фи зиологические исследования водного режима, засухоустойчивости, фотосинтеза и продуктивности различных экотипов яровой пшеницы в условиях Предкамья лесостепи Поволжья. Показано наличие у сортов яровой пшеницы различных экологических групп специфических физиологических особенностей, связанных с их эколого-географическим происхождением.
Выявлено существование значительных различий физиологических пока зателей - водопоглощения семян, оводненности тканей, водоудерживающей способности, интенсивности транспирации, устойчивости проростков растений к обезвоживанию, полевой засухоустойчивости у различных экотипов яровой пшеницы в условиях северной лесостепи Среднего Поволжья.
Установлено, что в конкретных климатических условиях лесостепи вод ный режим, засухоустойчивость и продуктивность растений определяются био логическими, физиолого-экологическими показателями изучаемых экотипов яровой пшеницы.
В исследованиях получена разносторонняя информация о засухоустойчи вости и продуктивности сортов яровой пшеницы разных экологических групп в зависимости от метеорологических факторов.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы в селекционной работе с яровой пшеницей, а также для со вершенствования агротехники и при прогнозировании урожаев яровой пшеницы в условиях северной лесостепи Среднего Поволжья.
Установлены физиологические показатели, существенно влияющие на продуктивность сортов пшеницы, созданных для различных районов страны.
Выявленные биологические особенности исследованных сортов важно учитывать при разработке рекомендаций по совершенствованию технологии возделывания яровой пшеницы в условиях Предкамской зоны лесостепи Повол жья.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на науч ных конференциях профессорско-преподавательского состава Казанской ГСХА (2000-2003 гг.), республиканской (Казань, 2001) и всероссийской (Казань, 2002) научных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 194 страни цах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов и рекоменда ций производству;
содержит 24 таблицы, 5 рисунков, приложения. Список лите ратуры включает 292 наименования, из которых 16 работ зарубежных авторов.
ОБЪЕКТЫ, УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследования проведены в 2000-2003 гг. в лабораторных и полевых усло виях. Полевые опыты проводились на опытных полях Казанской ГСХА.
Объектами исследований были районированные и новые перспективные сорта мягкой яровой пшеницы, относящиеся к четырем различным экологиче ским группам: Приокская, Люба, Лада и Энита - лесной Европейский экотип;
Керба и Приволжская 112 - лесостепной Поволжский экотип;
Памяти Азиева, Омская 17, Омская 33 и Иртышанка 10 - лесостепной и степной Западно Сибирский экотип;
Саратовская 60, Прохоровка - степной Европейский экотип.
Почва опытного участка - серая лесная среднесуглинистая со следующей агрохимической характеристикой: содержание гумуса - 3,58 - 3,65% (по Тюри ну), подвижных форм фосфора 107-135 мг, обменного калия 100-118 мг на г почвы (по Кирсанову), сумма поглощенных оснований 26,9-27,1 мг - экв. на 100 г. почвы. Степень насыщенности основаниями 86,9-87,3%, рН солевой вы тяжки 5,6-5,7.
Посевы размещались после озимой ржи, которая возделывалась по чисто му пару. Повторность опыта четырехкратная. Учетная площадь делянок 50м2.
Размещение делянок в повторностях систематическое. Удобрения рассчитыва лись балансовым методом на урожай 4 т /га.
Погодные условия в годы полевых исследований (2000-2002 годы) значи тельно различались.2000-2001годы в целом были благоприятными для роста и развития яровой пшеницы, 2002 год характеризовался жесткой засухой в течение всего вегетационного периода.
Для характеристики водного режима растений определяли водопогло щающую способность семян в процессе прорастания и общее содержание воды в листьях весовым методом (Третьяков, 1990);
интенсивность транспирации листь ев - весовым методом по Л. А. Иванову (1950);
водный дефицит (Викторов, 1964), водоудерживающую способность- по методу И. Г. Сулейманова(1974).
Для предварительной оценки засухоустойчивости разных экотипов яро вой пшеницы использовали метод проращивания семян на растворах сахарозы с различным осмотическим давлением (Олейникова, Осипов, 1976). Коэффициент водопотребления вычисляли по методу А. Н. Костякова (1960).
Площадь листьев определяли по методу А. А. Ничипоровича и др. (1961);
содержание хлорофилла - на фотоэлектроколориметре, фотосинтетический по тенциал, накопление сухого вещества, чистую продуктивность фотосинтеза рас считывали по принятой методике (Третьяков и др., 1990).
Фенологические наблюдения за сроками наступления фаз роста и разви тия, учет полевой всхожести и изреживаемости посевов проводили по методике Госсортоиспытания сельскохозяйственных культур (1961).
Урожайность определяли методом сплошного обмолота растений каждой делянки. Структуру урожая определяли по методике государственного сортоис пытания сельскохозяйственных культур (1961). Физиологическое и технологи ческое качество зерна определяли согласно ГОСТам.
Урожайные данные статистически обработаны дисперсионным методом по Б. А. Доспехову (1985), корреляционный анализ проведен на микро - ЭВМ.
Расчет экономической эффективности производился по методике ВНИИ ЭСХ, энергетическая оценка - по методике В. М. Володина и др., (1999).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Водный режим различных экотипов яровой пшеницы Процесс водообмена растений складывается из трех основных этапов: по глощение воды, передвижение воды по растению и испарение воды в атмосферу, то есть транспирация.
0. 0. 0. 0. 0. 0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Время опыта, ч.
Рис. 1 Поглощение воды семенами различнх экотипов яровой пшеницы в процессе прорастания Лесной Европейский экотип Лесостепной Поволжский экотип Лесостепной и степной Западно-Сибирский экотип Степной Европейский экотип Исследования водопоглощаюшей способности семян различных сортов яровой пшеницы в процессе прорастания выявили специфику, связанную с их эколого-географическим происхождением. Так, максимальное количество воды было поглощено сортами лесостепного и степного Западно-Сибирского и степ ного Европейского экотипов, чуть меньше у сортов лесостепного Поволжского экотипа, минимальное количество - у сортов лесного Европейского экотипа (рис. 1).
Это скорее всего связано с содержанием в семенах разного количества белка, клейковины и размерами семян яровой пшеницы различных экотипов.
Оводненность тканей растений является важным показателем водного ре жима растений. По содержанию воды в листьях можно судить об отношении растений к недостатку влаги, например, к почвенной и атмосферной засухе.
Наибольшее количество воды содержится в начальные фазы развития и уменьшается по мере старения растений. В оптимальных условиях водообеспе ченности содержание воды в листьях сортов разных экологических групп разли чается незначительно. В засушливых условиях содержание воды значительно ниже, чем в условиях благоприятного водного режима. В условиях засухи отчет ливо проявляются сортовые особенности яровой пшеницы: у засухоустойчивых сортов лесостепного и степного Западно-Сибирского и степного Европейского экотипов наблюдается более стабильная динамика содержания воды по сравне нию с другими экотипами.
Важный показатель состояния водного режима пшеницы - степень насы щения её тканей водой. Определение водного дефицита растений позволяет су дить о напряженности водного режима растений.
Проведенные нами исследования показывают, что при благоприятных ус ловиях водообеспеченности водный дефицит листьев у различных сортов суще ственно не отличается (табл.1). Этот показатель зависел от напряженности фак торов внешней среды, таких как влажность воздуха и почвы, температура почвы и воздуха и т.д. По мере старения растений водный дефицит в тканях увеличи вался.
Под действием засухи наблюдалось увеличение водного дефицита у всех сортов яровой пшеницы. При этом следует заметить, что дефицит воды увеличи вается на большую величину у слабозасухоустойчивых сортов - Люба, Лада, Приокская, Энита и на меньшую - у засухоустойчивых сортов: Саратовская 60, Прохоровка, Памяти Азиева. Водный дефицит возрастал также в течение вегета ции, и максимум его наблюдался в фазу цветения.
В регулировании водообмена растений важную роль играет водоудержи вающая способность растений (ВУС).
Результаты исследований показывают, что в условиях нормальной влаго обеспеченности более высокая ВУС листьев характерна для сортов Саратовская 60, Прохоровка, Омская 33, Памяти Азиева. Наименьший показатель был зафик сирован у сортов Люба, Лада, Энита. Наименьшая потеря воды при завядании наблюдалась в фазу кущения, наибольшая потеря воды у яровой пшеницы отме чена в фазу цветения.
При засухе происходят значительные изменения состояния воды в расте Таблица Водный дефицит листьев яровой пшеницы в зависимости от условий вла гообеспеченности (в % от полного насыщения) Условия Фаза развития развития Сорт цвете куще- выход в колоше ние ние трубку ние Приокская Люба Лада Энита Приволжская Керба Памяти Азиева Омская Омская Иртышанка Саратовская Прохоровка Примечание: «+» - нормальное увлажнение (2000-2001гг).
«-» - засушливые условия (2002г).
ниях и их водоудерживающей способности. Наши опыты выявили, что в услови ях засухи большую ВУС развили сорта степной Европейской экологической группы - Саратовская 60, Прохоровка, немного ниже она у сортов лесостепной и степной Западно-Сибирской экологической группы (Омская 17, Омская 33, Памяти Азиева, Иртышанка 10), наименьшую ВУС имели сорта лесной Евро пейской экологической группы - Люба, Энита. По фазам развития растений ми нимальная потеря воды при завядании приходилась на период кущения - выхода в трубку, максимальная потеря воды при завядании наблюдалась в период цве тения растений.
Интенсивность транспирации пшеницы зависит, с одной стороны, от на пряженности атмосферных факторов, с другой - от физиологических особенно стей растений.
В нормально увлажненном году транспирация зависит от метеоусловий.
При этом следует отметить, что интенсивность транспирации максимальна у всех сортов в фазу кущения, а минимальна в фазу цветения. Это говорит о сни жении интенсивности транспирации по мере старения растений.
Такая же закономерность сохраняется в засушливом году;
интенсивность транспирации существенно снижается, причем на большую величину у слабо засухоустойчивых сортов по сравнению с устойчивыми.
Наблюдаемая при оптимальном водоснабжении зависимость интенсивно сти транспирации от метеорологических условий заметно ослабевает при засухе.
Здесь существенную роль играют морфологические и физиологические особен ности различных сортов.
Для оценки эффективности использования воды яровой пшеницей опре деляли коэффициент водопотребления (табл. 2).
Чем выше плодородие почвы, лучше структура урожая и потенциально урожайнее сорта пшеницы, тем меньше потребляется воды на единицу урожая, что подтверждается и результатами наших исследований в течение трех лет.
В 2002 году - в условиях засухи коэффициенты водопотребления у всех сор тов были значительно выше, чем в 2001 году - в условиях нормального водообеспе чения.
Таблица Коэффициенты водопотребления сортов яровой пшеницы в разные по влагообеспеченности годы (м3/т) 2001 - нормальное 2002 - засуха 2000 - нормальное Сорта увлажнение увлажнение Приокская 750 Люба 780 737 Лада 717 Энита 798 Приволжская 112 722 812 Керба 727 Памяти Азиева 764 718 Омская 17 730 Омская 33 782 740 Иртышанка 10 Саратовская 60 774 717 Прохоровка 760 710 При сравнении различных экотипов яровой пшеницы наблюдается тенденция снижения величины коэффициентов водопотребления у сортов степного Европей ского и лесостепного и степного Западно-Сибирского экотипов по сравнению с лес ным Европейским и лесостепным Поволжским экотипами, что особенно четко про является в условиях засушливого 2002 года.
2. Устойчивость проростков яровой пшеницы к дефициту влаги В условиях лесостепи Поволжья, где нередки засухи и суховеи, особый интерес представляет исследование засухоустойчивости растений.
Для предварительной оценки засухоустойчивости растений на ранних этапах развития, мы применили метод проращивания семян на растворах сахаро зы различной концентрации (рис. 2).
При повышенных концентрациях растворов наибольший процент про росших семян имели сорта степного Европейского, а также лесостепного и степного Западно-Сибирского экотипов по сравнению с сортами лесостепного Поволжского и лесного Европейского экотипов. Это указывает на то, что семена 1 о Контроль 10.0 14.0 18. Атмосферы Рис. 2 Процент проросших семян различных экотипов яровой пшеницы при проращивании на растворах сахарозы с разным осмотическим давлением Лесной Европейский экотип Лесостепной Поволжский экотип Лесостепной и степной Западно-Сибирский экотип Степной Европейский экотип этих сортов развивают достаточно большую сосущую силу, обладают способно стью использовать скудные запасы влаги при прорастании, следовательно, ус тойчивы к засухе.
Результаты исследований, проведенных на проростках растений, согла суются с данными определения водоудерживающей способности и засухоустой чивости взрослых растений в полевых условиях.
3. Фотосинтетическая деятельность растений в зависимости от условий водообеспеченности Об уровне фотосинтетической деятельности растений яровой пшеницы в полевых условиях можно судить по интенсивности накопления сухого вещества растений, величине листовой поверхности и чистой продуктивности фотосинте за. Эти показатели находятся во взаимной зависимости и реагируют на измене ние условий произрастания.
Накопление сухого вещества косвенно характеризует общий уровень син тетических процессов. Наши наблюдения за ростом и развитием яровой пшени цы в разные по влагообеспеченности годы позволили установить, что в началь ный период жизни растений накопление сухого вещества идет медленно. Интен сивный прирост сухого вещества наблюдался после выхода растений в трубку до начала молочной спелости. К концу вегетации отмечалось некоторое уменьше ние сухой массы растений ввиду отмирания и потери нижних листьев, как отме чается это и другими авторами (Носатовский, 1965;
Воробьев, 1972;
Кумаков, Горохов, 1972;
Замараев и др., 1986).
В благоприятные по влагообеспеченности годы большую сухую массу создали сорта Приокская, Лада, Памяти Азиева, Омская 33, Саратовская 60 и Прохоровка. При этом четкого разделения по сортовому признаку не наблюда лось.
При засухе в течение вегетации наибольшую сухую массу имели сорта Саратовская 60, Прохоровка, Омская 33, Памяти Азиева, относящиеся к степно му Европейскому, лесостепному и степному Западно-Сибирскому экотипам. У этих сортов также наблюдается меньшее снижение сухой биомассы по сравне нию с благоприятным годом. Это означает, что у них более высокая устойчи вость ростовых и синтетических процессов к засухе.
Фотосинтетическая активность растений определяется содержанием зеле ного пигмента - хлорофилла. В благоприятные по влагообеспеченности годы содержание хлорофилла в листьях было больше по сравнению с засушливым годом. При этом наибольшее количество хлорофилла содержат листья сортов лесного Европейского экотипа. В условиях засухи более высокое содержание хлорофилла наблюдается у сортов Прохоровка, Саратовская 60 и Омская 33.
Одним из наиболее важных показателей продуктивности растений являет ся мощность развития фотосинтетического аппарата, дающая представление о потенциальных возможностях растений создавать урожай, который определяет ся, прежде всего, размерами листовой поверхности и интенсивностью ее работы.
В наших исследованиях (табл.3) в благоприятные годы наибольшую пло щадь листьев во все фазы развития имели сорта Приокская, Лада, Люба, Омская 17. При этом максимальная площадь у всех сортов отмечается в фазу колоше ния. В дальнейшем в силу старения и отмирания части листьев, общая площадь их уменьшалась.
Таблица Площадь листьев яровой пшеницы разных экотипов (тыс. м2/га) Куще- Выход в Коло- Цвете- Начало ние Сорта трубку шение ние молочной спелости 2000-2001 гг.
22,9 30,2 41,3 31,5 15, Приокская Люба 21,6 29,8 40,4 15, 30, Лада 22,5 30,0 31,6 16, 40, Энита 21,2 29,0 39,7 30,4 14, Приволжская 112 17,5 26,2 37,7 14, 28, Керба 20,8 28,3 30,0 15, 38, Памяти Азиева 21,5 15, 29,6 39,8 30, Омская 17 21,8 31,2 15, 30,1 40, Омская 33 20,4 27,7 14, 39,3 29, Иртышанка 10 17,7 26,4 14, 28, 37, Саратовская 60 18,5 15, 26,7 38,9 29, 20,6 28,0 15, Прохоровка 39,6 30, 2002 г Приокская 18,0 9, 23,1 33,2 23, Люба 17,6 22,1 32,8 23,4 9, Лада 17,8 23,0 23,5 9, 33, 17,4 21,7 32,4 23,3 9, Энита 10, 15,7 24, Приволжская 112 21,6 32, 17,7 9, Керба 22,3 23, 32, Памяти Азиева 18,0 25,1 10, 34, 23, 10, Омская 17 18,3 23,5 34,4 24, 10, Омская 33 17,3 22,0 33,7 24, 10, 24, Иртышанка 10 16,8 21,8 33, Саратовская 60 17,0 34,3 24,8 10, 23, 17,7 25,2 10, 23,0 34, Прохоровка В засушливых условиях у всех сортов площадь листьев намного меньше по сравнению с благоприятным годом. К концу вегетации наибольшую площадь листьев сохраняют такие сорта как Памяти Азиева, Омская 33, Омская 17, Сара товская 60 и Прохоровка, которые относятся к лесостепному и степному Запад но-Сибирскому и степному Европейскому экотипам, что говорит об их большей устойчивости к засухе.
Для характеристики деятельности ассимиляционного аппарата использу ют величину листового фотосинтетического потенциала (табл.4), которая равня Таблица Листовой фотосинтетический потенциал яровой пшеницы различных экотипов (тыс. м2/га сутки) Куще Сорта Выход в Цветение За вегита Коло ние трубку - - молоч шение - ционный -выход в колоше- ная спе цветение период трубку ние лость 2000-2001 гг.
Приокская 345,1 536,2 364,0 141,0 1386, 334,1 526, Люба 356,0 138,0 1354, 341,3 532, Лада 362,5 143,1 1379, 326,3 515, Энита 351,0 136,0 1328, Приволжская 112 384,1 478,2 331,0 129,0 1226, Керба 319,1 504,0 344,5 135,3 1303, 332,1 520,5 135, Памяти Азиева 350,5 1339, 528,0 140,4 1363, Омская 17 337,3 357, 312,6 498,0 345,5 134,1 1290, Омская Иртышанка 10 293,2 479,3 333,2 130,8 1236, Саратовская 60 293,8 489,7 344,2 135,3 1263, Прохоровка 315,9 507,0 351,5 137,1 1311, 2002 г.
Приокская 394,1 100,8 1059, 308,2 256, Люба 297,7 384,3 253,0 98,1 1033, 306,0 392,0 99, 254,0 1051, Лада 98, 293,2 378,7 250,6 1021, Энита 279,7 377,3 255,6 103,8 1016, Приволжская Керба 300,0 386,4 254,3 100,0 1040, 402,0 106,5 1084, 308,2 267, Памяти Азиева 105,. 405,3 267,0 1091, 313, Омская 390,0 262,0 104,7 1051, Омская 33 294, 385,0 258,7 103,0 1036, Иртышанка 10 289, Саратовская 60 301,0 402,0 266,0 104,4 1074, 305,2 403,2 269,1 107,1 1084, Прохоровка ется произведению площади листьев на число дней их работы (Кумаков, 1980).
В наших опытах фотосинтетический потенциал значительно изменялся в зависимости от метеорологических условий года и в связи с сортовыми особен ностями растений. Так, в благоприятные по водообеспеченности годы ФП на много больше по сравнению с засушливым годом. Это говорит о том, что в бла гоприятных погодных условиях листья работают дольше и соответственно соз дают больше сухой массы. Наибольший ФП по фазам развития во все годы ис следований отмечен за период «выход в трубку - колошение».
В засушливых условиях развития по сравнению с нормальным годом наи большее снижение ФП за вегетацию наблюдается у сортов лесной Европейской экологической группы - Лада, Люба, Энита, Приокская. А наименьшее сниже ние ФП отмечалось у сортов Прохоровка, Саратовская 60, Иртышанка 10, Ом ская 33, которые относятся к степному Европейскому и лесостепному и степно му Западно - Сибирскому экотипам. Это говорит об их меньшей зависимости от погодных условий.
Важное значение в формировании урожая имеет продуктивность фото синтеза растений. Её можно охарактеризовать показателем чистой продуктивно сти фотосинтеза (табл. 5).
Таблица Чистая продуктивность фотосинтеза сортов яровой пшеницы различных экотипов в зависимости от условий водообеспеченности растений (г/м2 в сутки), 2000-2002 гг.
2000-2001 п 2002 г.
Колоше Кущение Выход в Куще- Выход в Колоше ние Сорта - выход в трубку - ние- трубку - ние молочная трубку колоше- выход в колоше- молочная спелость ние трубку ние спелость 6,63 11,82 15,1 5,07 10,50 12, Приокская 4, 5,76 10,80 14,5 9,89 11, Лада 10, 4,80 11, 5,95 10,51 14, Люба 13,5 9,59 11, 5,70 11,03 5, Энита 10,07 11, Приволжс. 112 6,08 13,8 4, 11, 10,66 13,8 4,76 10,05 11, 5, Керба 6,38 11,64 10,60 12, 15,0 5, Памяти Азиева 9,90 11, 5,44 10,20 13,3 5, Омская 10,52 12, 6,00 11,10 14,5 4, Омская 14,0 4,80 10,12 11, 6, Иртышанка 10 11, 10, 11,55 5,10 12, 6,90 14, Саратовская 11,37 15,0 5,20 10,74 12, Прохоровка 6, Максимальное значение чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) при благоприятных условиях водного режима у всех сортов наблюдалось в период «колошение - молочная спелость», минимум - в период «кущение - выход в трубку». При этом наблюдаются и сортовые различия: наибольшую величину ЧПФ имели сорта Приокская, Памяти Азиева, Саратовская 60, Прохоровка, а наименьшую - Энита, Омская 17 и Приволжская 112.
При неблагоприятных условиях у всех сортов ЧПФ была меньше по срав нению с благоприятными погодными условиями. Здесь наибольшую ЧПФ име ют сорта Прохоровка, Саратовская 60, Памяти Азиева, Омская 33 и Приокская.
При этом в начальные фазы развития различия по этому показателю незначи тельны, по мере старения больше проявляются сортовые особенности растений в пользу засухоустойчивых сортов.
4. Продуктивность яровой пшеницы в контрастных условиях развития Устойчивые и неустойчивые к стрессу формы растений различаются не типом и характером физиологических реакций, а амплитудой, вызванных стрес сом метаболических отклонений от нормы - у устойчивых сортов выше ско рость, но меньше амплитуда этих отклонений. В результате депрессия урожая у них меньше, чем у неустойчивых (Удовенко, 1979, 1982).
Ценность сорта в практике сельского хозяйства определяется высоким урожаем зерна с единицы площади в оптимальных условиях увлажнения и сла бым уровнем снижения его в засушливые годы (Максимов, 1952;
Генкель, 1967;
Удовенко, 1982;
Кумаков 1988 и др.).
Как показывают результаты опытов, урожайность по годам у разных сор тов яровой пшеницы различается (табл. 6). Причем в благоприятных условиях увлажнения максимальный урожай был получен от сортов Приокская, Лада, Па мяти Азиева, Прохоровка, Саратовская 60. У остальных сортов урожайность ко лебалась примерно на одном уровне, за исключением сорта Иртышанка 10.
В засушливых условиях развития проявляются более значительные разли чия между сортами, чем при нормальных условиях развития. При этом макси мальные урожаи наблюдаются у сортов степного Европейского и лесостепного и степного Западно-Сибирского экотипов - Прохоровка, Саратовская 60, Памяти Азиева и Омская 33. И соответственно у этих сортов наименьшая амплитуда колебания урожайности по годам, что говорит об их способности создавать дос таточно высокие урожаи и в условиях недостаточного увлажнения.
Анализ структуры урожая различных по эколого-географическому проис хождению сортов яровой пшеницы выявил, что при развитии растений в засуш ливых условиях снижается продуктивная кустистость, причем в большой мере у сортов лесной Европейской экологической группы;
уменьшается число колос ков, а также снижается масса зерна с колоса и масса 1000 зерен. Все это в той или иной мере отражается на общем снижении продуктивности колоса и уро жайности растений в целом.
Таблица Урожайность различных экотипов яровой пшеницы в зависимости от по годных условий года (2000-2002 гг.) Снижение при засухе Урожайность, ц / га по сравнению с 2001 г Сорта 2000 г 2001 г % 2002 г ц/га Приокская 38,0 45,2 26, 32,1 12, 36,5 42,8 35, Люба 27,6 15, 44,0 29, 37,6 31, Лада 12, 42,7 26, 35,7 31,2 11, Энита 43,7 25, 35,1 32,4 11, Приволжская 43,4 31, 35,6 29,8 13, Керба 43,9 23, 37,3 33,7 10, Памяти Азиева 43,1 24, 35,4 32,6 10, Омская 43,8 23, 36,4 33,4 10, Омская 42,6 25, 34,8 31,9 10, Иртышанка 44,0 22, 36,8 34,1 9, Саратовская 44,5 21, 37,5 34,8 9, Прохоровка 0, 0,61 1, HCP o У сортов Саратовская 60, Прохоровка, Памяти Азиева и Омская 33, по сравнению с другими сортами, амплитуда изменений по перечисленным показа телям в разные годы не столь значительна.
Показатели качества зерна по годам исследований заметно колебались.
Так, в 2001 году, когда гидротермический режим, климатические условия были благоприятными и обеспечивалась наиболее высокая урожайность, показатели качества ухудшались по сравнению с другими годами.
В засушливом 2002 году масса 1000 зерен и натурная масса зерна снизи лись по сравнению с 2001 годом, а процентное соотношение клейковины, наобо рот, увеличилось.
Что касается отдельных сортов, то в 2001 году наибольший выход клей ковины обеспечили сорта Омская 33, Саратовская 60, Иртышанка 10, Лада и Омская 17. В 2002 году по этому показателю проявились сорта Приокская, Лада, Иртышанка 10, Саратовская 60, Памяти Азиева.
5. Экономическая эффективность возделывания яровой пшеницы Для выявления эффективности возделывания сельскохозяйственных куль тур необходима их экономическая оценка.
Для оценки экономической эффективности производства продукции рас тениеводства использовали систему натуральных и стоимостных показателей, отражающих соотношение между достигнутым результатом и затратами произ водственных материальных и трудовых ресурсов.
Анализ экономической эффективности выращивания различных сортов яровой пшеницы (табл. 7) показывает, что в засушливом 2002 году наибольший чистый доход получен у таких сортов, как Памяти Азиева, Омская 33, Саратов ская 60 и Прохоровка. И соответственно эти же сорта имели высокий уровень рентабельности. Наименьшая величина уровня рентабельности наблюдалась у сортов Люба, Керба, Лада и Энита.
Таблица Экономическая эффективность возделывания разных сортов в засушли вых условиях 2002 года Урожай- Стоимость Производ- Уровень Чистый ность, валовой ственные рента Сорта ДОХОД, продукции, затраты, бельно ц/га руб./га руб./га руб./га сти, % 32, Приокская 9930 5055 96, Люба 27,6 8280 4995 3285 65, Лада 5033 4297 85, 31, 31,2 Энита 5035 4325 85, 32,1 Приволжская 112 9630 90, Керба 29,8 8940 5020 3920 78, 33,7 5062 99, Памяти Азиева 10110 Омская 17 32,6 9780 5050 4730 93, 33, Омская 33 10020 5058 4962 98, 31, Иртышанка 10 9570 5042 4528 89, Саратовская 60 34,1 10230 5066 5164 34,8 Прохоровка 5073 5367 Чтобы иметь возможность судить о целесообразности внедрения и приме нения в производстве агротехнических приемов и технологий в целом с энерго экономических позиций, необходимо установить количественную оценку их энергетической эффективности.
С энергетической точки зрения технология считается эффективной, если при планируемом уровне урожайности культуры количество энергии, получен ной в хозяйственно - ценной части урожая и побочной продукции, выше сово купной энергии, израсходованной на их производство. При этом коэффициент энергетической эффективности должен быть выше единицы.
В наших опытах затраты энергии у разных сортов различались незначи тельно. А вот по выходу валовой энергии разница между сортами была очевид ной. При этом наибольший выход валовой энергии имели сорта Приокская, Ла да, Памяти Азиева, Прохоровка и Саратовская 60. И соответственно у этих сор тов энергетический коэффициент был выше по сравнению с другими сортами.
ВЫВОДЫ 1. Дана комплексная физиологическая характеристика 12 сортов яровой пшеницы, принадлежащих к четырем различным экологическим группам, при возделывании в агроклиматических условиях северной лесостепи Среднего По волжья.
2. Показано, что сорта яровой пшеницы различных экотипов, созданные для разных эколого-географических зон страны, имеют свои физиологические особенности. При этом наблюдается определенная зависимость между показате лями водного режима, фотосинтеза и засухоустойчивостью растений.
3. Выявлены особенности водного режима (поглощения воды семенами, оводненности и состояния воды в тканях, водоудерживающей способности ли стьев, интенсивности транспирации) в связи с засухоустойчивостью и продукци онными процессами у сортов яровой пшеницы различных экологических групп.
4. Установлено, что формирование засухоустойчивости у разных геноти пов яровой пшеницы определяется в различной мере особенностями водного обмена, состояния воды и биоэнергетических процессов у растений.
5. Действие засухи на водный режим растений яровой пшеницы в услови ях северной лесостепи Среднего Поволжья проявляется в следующем:
- снижается общая оводненность растений;
- увеличивается водный дефицит тканей;
- снижается интенсивность транспирации.
Все перечисленные изменения приводят к нарушению нормального хода развития растений.
6. Установлены различия в коэффициентах водопотребления у сортов яровой пшеницы в разные по влагообеспеченности годы: более экономно расхо дуют воду на создание единицы урожая сорта Прохоровка, Саратовская 60, Па мяти Азиева, Омская 33.
7. Выявлены показатели физиологической модели засухоустойчивого сор та яровой пшеницы для условий северной лесостепи Среднего Поволжья: засу хоустойчивые сорта характеризуются большей величиной сосущей силы проро стков, более стабильной динамикой содержания воды в тканях, большей водо удерживающей способностью, снижением величины остаточного водного дефи цита, коэффициента водопотребления и меньшей депрессией интенсивности транспирации при засухе.
8. Действие засухи на продукционный процесс растений яровой пшеницы проявляется в следующем:
- сокращается вегетационный период растений;
- уменьшаются число и размеры вегетативных органов, что приводит к сокращению ассимиляционной поверхности растений;
- снижаются фотосинтетический потенциал растений и общая биологиче ская продуктивность;
- при длительной засухе снижаются чистая продуктивность фотосинтеза и относительная скорость роста;
- уменьшается число элементов продуктивности колоса;
- снижается масса 1000 зерен.
9. В лесостепной зоне Среднего Поволжья система формирования высо ких устойчивых урожаев яровой пшеницы должна основываться на лимитирую щем влиянии запасов влаги;
подборе лучших агрофонов для смягчения роли от рицательно действующих погодных факторов;
повышении скорости производи тельного расхода влаги с учетом биологических особенностей сортов;
создании новых сортов, обладающих высокими скоростями производительного расхода влаги и потребления питательных веществ в начальный период вегетации, более высокой устойчивостью к дефициту воды и повышенному температурному фо ну.
10. Экономическая эффективность возделывания сортов яровой пшеницы степного Европейского и лесостепного и степного Западно-Сибирского экотипов в условиях засухи выше, чем у сортов лесного Европейского и лесостепного По волжского экотипов. Результаты определения экономической эффективности согласуются с данными энергетической эффективности возделывания разных сортов.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ При подборе сортов яровой пшеницы для возделывания в данной зоне не обходимо учитывать физиологические признаки, существенно влияющие на за сухоустойчивость и продуктивность растений. Следует обратить внимание на сорта, у которых прорастающие семена развивают большую сосущую силу в условиях водного дефицита и лучше используют влагу на развитие ростка. Не обходимо отбирать сорта со стабильной динамикой оводненности тканей, с меньшей депрессией интенсивности транспирации листьев в условиях засухи, с высокой водоудерживающей способностью в критический для яровой пшеницы период по требованию к влаге, с высокой устойчивостью ростовых и синтетиче ских процессов к недостатку влаги и действию высоких температур, с высоким потенциалом урожайности в благоприятные годы и более высокой устойчиво стью - в неблагоприятные годы. Из изученных новых сортов хорошо проявили себя в этом отношении Прохоровка, Саратовская 60, Памяти Азиева и Омская 33.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1.Хамаев А. А.Водный режим, засухоустойчивость и продуктивность раз личных экотипов яровой пшеницы в связи с метеорологическими условиями в лесостепи Республики Татарстан // Актуальные проблемы развития АПК Рес публики Татарстан на современном этапе: Матер, конф. молодых учен. - Казань:
Изд-во Казанской ГСХА, 2001. - С. 65-66.
2.Самуилов Ф. Д., Хамаев А. А. Водный режим, засухоустойчивость и продуктивность различных экотипов яровой пшеницы в лесостепи Среднего По волжья // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем: Сб. докл. Всерос. науч. практ. конф., ч. II. - Казань: Изд-во Казанского гос. техн. ун-та, 2002. - С. 167 17.1.
3. Самуилов Ф. Д., Щербак Л. С, Газизов К. Г., Хамаев А. А. Фотосинтез и формирование урожая различных сортов и мутантов яровой пшеницы в лесо степи Среднего Поволжья // Достижения науки - сельскохозяйственному произ водству: Матер, научн. конф. агрон. фак-та. - Казань: Изд-во Казанской ГСХА, 2002.-С. 9-14.
4. Самуилов Ф. Д., Хамаев А. А. Водный обмен, состояние воды в тканях и продуктивность различных экотипов яровой пшеницы в контрастных условиях водообеспеченности. Там же. - С. 14-19.
Лицензия на издательскую деятельность код 221 ИД №06342 от 28.112001г.
Формат 60x84/16 Тираж 100. Подписано к печати /SJI..Q} Печать офсетная. Усл.п.л. /,00. Заказ J50 Издательство КГСХА/420015 г.Казань, ул.К.Маркса, Отпечатано в офсетной лаборатории КГСХА 420015 г Казань, ул.К.Маркса, 65 Казанская государственная сельскохозяйственная академия. Лицензия №0115 от 03 03 1998 г