Устойчивость ячменя ярового к полеганию в зависимости от гидротермических показателей и плотности стояния побегов в фазу начала выхода в трубку

УДК 633.16.321:631[811.98:547.04]:551.5

Устойчивость ячменя ярового к полеганию в зависимости от гидротермических показателей и плотности стояния побегов в фазу начала выхода в трубку

Бруй И. Г., кандидат сельскохозяйственных наук

РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию»

222160, Республика Беларусь, г. Жодино, ул. Тимирязева, д. 1

E-mail: brui@list.ru

В работе представлены результаты полевых исследований, проведённых в лаборатории регуляции роста и развития растений РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию» в 1997–2021 годах на яровом ячмене сортов Гонар, Якуб, Водар, Сябра, Мустанг, Рейдер, Магутны и Фэст селекции НПЦ Национальной академии наук Беларуси по земледелию. Цель работы заключалась в изучении устойчивости посевов ярового ячменя к полеганию в зависимости от плотности продуктивного стеблестоя и гидротермических показателей в период кущения – начала выхода в трубку, а также в разработке шкалы прогноза полегаемости культуры для определения тактики применения регуляторов роста растений, эффективность которых зависит от своевременного внесения, начиная со стадии начала выхода в трубку. Показано, что количество осадков в мае определяло интенсивность кущения ярового ячменя (r=0,520); определена тесная корреляционная связь (r=0,862) между уровнем полегания ячменя в период созревания и числом побегов на единице площади в фазу начала выхода в трубку; при достаточно высоком (0,319 и 0,389) коэффициенте детерминации достоверная корреляционная связь между суммой осадков в мае и июне и уровнем полегания ячменя составляла r=0,541 и r=0,624 соответственно. Установлено, что отсутствуют сорта ярового ячменя, которые не реагируют на погодные условия вегетационного периода, поэтому применение ретардантов может быть эффективным на любом сорте при условиях, когда к концу кущения культуры сформировалось более 800 побегов кущения на 1 м². Разработанная девятибальная шкала прогноза устойчивости посевов к полеганию позволяет достаточно точно определить возможный уровень полегания ярового ячменя для выбора дальнейшей тактики применения регуляторов роста.

Ключевые слова: яровой ячмень, устойчивость к полеганию, корреляционная связь, шкала прогноза устойчивости к полеганию.

Ячмень относится к семейству злаковых, он весьма требователен к плодородию почвы, но при достаточном внесении удобрений хорошо растёт и на лёгких супесчаных почвах. В период засухи ячмень более экономно расходует влагу на образование единицы сухого вещества по сравнению с другими злаками. Но если в период кущения наблюдается недостаток влаги, корневая система развивается недостаточно и ячмень плохо переносит засуху (Бруй, 2014; Коданев, 1964; Трофимовская, 1972). В условиях достаточной влагообеспеченности хорошо развиваются вторичные корни, и их количество положительно корреллирует с числом побегов кущения. В таких условиях вегетативная масса увеличивается от кущения до колошения культуры. Хорошо развитой корневой системой обеспечивается поглощение и передвижение воды с растворёнными в ней минеральными веществами к стеблю, листьям и колосу. Плохо развивающаяся корневая система снижает важную роль корня — закрепление растений в почве. Если ячмень формирует хорошо развитую корневую систему, создаётся механическая основа для надземной части растений и снижается риск прикорневого полегания посевов.

При оценке устойчивости растений к полеганию важную роль отводят архитектонике, анатомии стебля, габитусу растений (Ковригина и др., 2013). У большинства сортов стебель имеет пять-восемь узлов. Верхнее междоузлие самое длинное и тонкое, оно создаёт парусность посева, т.е воспринимает силу ветра, что часто способствует полеганию всего ценоза. Устойчивые к полеганию сорта в нижней части соломины имеют больший диаметр, широкое склеренхимное кольцо.

Избыточное азотное питание, обильное увлажнение, недостаток света провоцируют полегание, при этом большая масса листьев сильно затеняет нижние междоузлия, которые этиолируются и становятся тонкими. Коданев отмечал, что вытянутые и этилированные первые два междоузлия провоцируют полегание растений ячменя. Снижение толщины в верхнем междоузлии приводит к ломкости колоса. Американские исследователи указывают, что прочность и устойчивость соломины к полеганию является признаком, имеющим большое экономическое значение с точки зрения потерь качества зерна и урожайности при уборке посевов. Г. Я. Степанюк установила сорта-доноры (Эльф) широкой склеренхимы, большой площади междоузлия и увеличенной площади проводящих пучков в склеренхиме, а также доноров (сорта Неполегающий, Bгепёа) числа проводящих пучков в склеренхиме и во всём междоузлии. Г. Я. Степанюк отмечает, что анатомическое строение стебля у изученных сортов и гибридов ячменя однотипно и типично, но между изученными сортами и гибридами различных комбинаций выявлены количественные различия в строении стебля, которые выражаются в числе слоёв, толщине склеренхимы и паренхимы, числе и размерах проводящих пучков, размерах полости и всего междоузлия, однако строение стебля зависит от погодных условий в период его формирования: у большинства гибридов и сортов при недостатке влаги снижается выраженность большинства анатомических признаков (Степанюк, 2010). Также результаты исследований ВИР показывают, что имеются как существенные различия между сортами по вышеуказанным признакам и связь с устойчивостью к полеганию, так и отсутствие такой связи (Трофимовская, 1972).

На прочность соломины влияет множество факторов, среди них нет ни одного в достаточной степени изученного. Н. А. Ламан с соавторами в своих работах считают, что полегание можно рассматривать только как явление ценотическое. То есть оно возможно при наличии большого количества растений на единице площади, а изменения морфофизиологического строения соломины и устойчивость к полеганию, а также конкуренцию растений за элементы питания, воду и свет нужно рассматривать и оценивать только при совместном произрастании в посеве. На отдельно произрастающем растении фактор полегания отсутствует. Их исследованиями показано, что в формировании устойчивого к полеганию ценоза основная роль принадлежит базальной, корнеродной зоне побега (Ламан и др., 1984).

Несмотря на значительные успехи в селекции на устойчивость к полеганию проблема остаётся актуальной, поскольку для реализации высокого потенциала урожайности сорта требуется внесение достаточного количества удобрений, особенно азотных.

Цель работы заключалась в изучение устойчивости посевов ярового ячменя к полеганию в зависимости от плотности продуктивного стеблестоя и гидротермических показателей в период кущения – начала выхода ячменя в трубку, а также в разработке шкалы прогноза полегаемости культуры для определения тактики применения регуляторов роста растений, эффективность которых зависит от своевременного внесения, начиная со стадии ВВСН 31–32.

Методика исследований. Исследования проводились в лаборатории регуляции роста и развития растений РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию».

В работе сделан расчёт уровня сопряжённости изменчивости количества осадков, температуры воздуха в период кущения – начала выхода в трубку ячменя и уровня полегания посевов в 1997–2021 годах. Для решения поставленной задачи в этот период по общепринятым в сельскохозяйственной науке методикам были проведены полевые опыты на яровом ячмене сортов Гонар, Якуб, Водар, Сябра, Мустанг, Рейдер, Магутны и Фэст.

Полевые опыты были заложены методом системных блоков, в четырёхкратной повторности. По годам исследований учётная площадь делянки была разной (25–300 м²), норма высева — 4,0–4,5 млн всхожих семян на 1 га. Агрохимические показатели пахотного горизонта почвы определяли в соответствии с общепринятыми методиками. Пахотный горизонт характеризовался следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса — от 2,0 до 2,2% (по Тюрину), рН_КСl — 6,0–6,2, содержание подвижного фосфора — 136–187 и обменного калия — 208–346 мг на кг почвы (по Кирсанову). В связи со схемой чередования культур опыты закладывались ежегодно на новом поле севооборота. Удобрения вносились из расчёта N₁₂₀P₆₀K₈₀ (азотные удобрения — в предпосевное внесение и в подкормку — 30 кг/га).

Оценку уровня полегания ячменя проводили на стадии созревания культуры (ВВСН 77–89). Число побегов кущения на единице площади посева подсчитывали в фазу начала выхода в трубку (ВВСН 30–31).

Полевая всхожесть семян, выживаемость и сохраняемость растений ярового ячменя определялись методом учёта растений на закреплённых площадках первой и третьей повторностей (по 0,48 м²).

Оценка устойчивости посевов ячменя к полеганию проводилась с использованием балльной шкалы, где 9 — отсутствие полегания на делянке, 0 — полное полегание. Оценка уровня полегания имеет обратную шкалу: 9 — полное полегание, 0 — отсутствие полегания на делянке.

Результаты исследований. Установлено, что устойчивость культуры к полеганию отличается по годам исследований и зависит от погодных условий и возделываемого сорта. Например, в 2015 году полегание посевов ячменя в опытах оценивалось как среднее (2,7 балла в среднем по сортам), в 2016 полегание отсутствовало, а в 2017 наблюдалось сильное полегание (6,6 балла). Сорт Гонор со средней высотой 77,7 см, который характеризуется как слабоустойчивый к полеганию, в 2015 году показал устойчивость 4,5 балла, в 2016 году при недостатке влаги — высокую (9 баллов), а в условиях высокой влагообеспеченности 2017 года сильно полёг ещё в фазу колошения (устойчивость оценивалась в 1,8 балла). В среднем за 3 года устойчивость к полеганию составила 5,1 балла. Сорт Магутны в среднем за 3 года имел оценку 5,7 баллов: в 2015 — 5,5; в 2016 — 9,0; в 2017 — 2,5. Самый устойчивый к полеганию короткостебельный сорт Фэст со средней высотой 62,4 см полегал (в 2017 году) только при высокой оводнённости тканей в период созревания (устойчивость его оценивалась в 3 балла).

В перечень причин, повышающих риск полегания посевов зерновых культур, исследователи включают и гидротермические условия в период вегетации. В основном авторы отмечают, что чем благоприятнее условия, тем выше коэффициент использования удобрений и формируемая урожайность.

В работе сделан расчёт уровня сопряжённости изменчивости количества осадков, температуры воздуха в период кущения – начала выхода в трубку ячменя и уровня полегания посевов в 1997–2021 годах.

Корреляционный анализ — это проверка гипотез о связях между переменными. Сопряжённую изменчивость показателей оценивали по принципу прямолинейной связи, рассчитывая коэффициент корреляции, либо по уравнению полинома второго порядка по принципу криволинейной связи.

Анализ показал, что температура воздуха в период кущения – начала выхода в трубку (май-июнь) не оказывала влияния на уровень полегания ячменя. Однако установлена достоверная корреляционная связь между суммой осадков как в мае, так и в июне с уровнем полегания ячменя (r=0,541 и r=0,624) при достаточно высоком (0,319 и 0,389) коэффициенте детерминации соответственно (табл. 1).

1. Характеристика связи уровня полегания ячменя ярового с гидротермическими показателями среды

Осадки определяли уровень кущения культуры. Коэффициент детерминации связи плотности посева с выпавшими осадками в мае, рассчитанный по принципу прямолинейной связи, невысокий (R²=0,277) при достаточно тесной прямой корреляционной связи (r=0,526).

Наиболее тесная корреляционная связь (r=0,709) установлена между плотностью посева и осадками в июне. Сопряжённая изменчивость формирования плотности посева и количества осадков в июне описывается уравнением полинома второго порядка (R²=0,588) (рис. 1):

Y = –0,024x² + 8,496 + 577,2, (1)

где Y — число побегов кущения, шт./м²; х — осадки, мм.

Рис. 1. Связь количества осадков в июне с числом побегов ячменя на единице площади в период выхода в трубку

Данная связь подтверждает необходимость наличия влаги в достаточном количестве для интенсивного развития ячменя. Физиологический оптимум по рассматриваемому фактору, обеспечивающий рост культуры, колеблется в широких пределах: от 30 до 90 мм — в мае и от 40 до 160 мм — в июне. В этот период ячмень формирует побеги кущения, которые в будущем определят плотность продуктивного стеблестоя.

Одним из факторов, снижающих устойчивость культуры к полеганию, является высокая плотность стояния стеблестоя.

Корреляционный анализ данных за 23 года на различных сортах ячменя в различных условиях вегетации показал наличие тесной корреляционной связи (r=0,862) между числом побегов на единице площади в фазу начала выхода в трубку (ВВСН 30–31) и уровнем полегания ячменя в период созревания (рис. 2).

Рис. 2. Связь числа побегов на единице площади в фазу ВВСН 31 с уровнем полегания ярового ячменя

Эта связь более полно описывается уравнением, где коэффициент детерминации составил R²=0,773:

Y = 0,013x – 9,886, (2)

где Y — уровень полегания, балл; х — число побегов кущения, шт./м².

Принято, что если R² =0,65 и выше, то теснота связи достаточна для того, чтобы установленная зависимость могла быть использована для практических расчётов при планировании мероприятий по применению регуляторов роста.

Таким образом, прогнозируемый уровень полегания посевов ярового ячменя можно определить в период начала выхода в трубку, проведя подсчёт числа побегов культуры на единице площади посева и составив шкалу прогноза уровня полегания посева (табл. 2).

2. Шкала прогноза устойчивости ячменя ярового к полеганию в зависимости от плотности побегов в фазу ВВСН 30-31 (по девятибальной шкале)

Анализ данных за 6 лет на шести сортах ярового ячменя показал, что интенсивное полегание ячменя наблюдалось при формировании в среднем 1204 побегов на 1 м², от 995 до 1444 шт./м² — по годам исследований.

Использование уравнения детерминации (2) для расчёта уровня устойчивости ярового ячменя к полеганию (уровня полегания) показало, что прогнозируемая устойчивость посева по годам составляла 0–6 баллов, в среднем — 3,1 балла. Фактические цифры, полученные в опыте, были близкими к расчётным, и средний уровень устойчивости ячменя к полеганию в контроле составил 2,6 балла, что ниже расчётного на 0,5 балла (табл. 3).

3. Число побегов кущения ячменя в фазу начала выхода в трубку и устойчивость культуры к полеганию, балл (среднее по сортам)

Количество осадков (в мае — 190–210% от нормы; в июне — 161% от нормы в 2009, 2010 годах и близкое к норме в 2014 году — 91% (рис. 3)) способствовало высокой оводнённости тканей растений и снижало устойчивость растений к полеганию. В результате высокая влагообеспеченность растений и высокая плотность стеблестоя привели к сильному полеганию посевов ячменя в эти годы, которое оценивалось в 3,7–9,0 баллов, т.е. устойчивость к полеганию оценивалась в 0–5,3 балла (табл. 3).

Рис. 3. Количество осадков в годы проведения исследований и прогнозируемый уровень устойчивости к полеганию

Таким образом, установлено: отсутствуют сорта ярового ячменя, которые не реагируют на погодные условия вегетационного периода, поэтому применение ретардантов может быть эффективным на любом сорте при условиях, когда к концу кущения культуры сформировалось более 800 побегов кущения на 1 м². Разработанная шкала прогноза устойчивости посевов к полеганию позволяет достаточно точно определить возможный уровень полегания ярового ячменя и выбрать правильную тактику применения регуляторов роста.

Литература

1. Бруй И. Г. Если рост в тягость / И. Г. Бруй // Белорусское сельское хозяйство. — 2014. — № 1. — С.23–26.

2. Коданев И. М. Ячмень / И. М. Коданев. — М.: Колос, 1964. — 239 с.

3. Ковригина Л. Н. Сопряжённость элементов продуктивности с признаками структуры стебля у сортов и гибридов ячменя / Л. Н. Ковригина, Г. Я. Степанюк // Вестник КемГУ. — 2013. — № 1 (53). — С.31–33.

4. Ламан Н. А. Биологический потенциал ячменя: устойчивость к полеганию и продуктивность / Н. А. Ламан, Н. Н. Стаценко, С. А. Каллер; ред. Л. В. Хотылева. — Минск: Наука и техника, 1984. — 216 с.

5. Степанюк Г. Я. Изменчивость анатомических признаков стебля ячменя (Hordeum vulgare L.) в условиях лесостепи Кемеровской области: автореф. дисс. … канд. биол. наук: 03.02.01. — ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет», 2010. — 218 с.

6. Трофимовская А. Я. Ячмень: эволюция, классификация, селекция / А. Я. Трофимовская. — Л.: Колос, Ленинградское отделение, 1972. — 296 с.

Lodging-resistance of spring barley as affected by hydrothermal parameters and plant density at early shooting stage

Bruy I. G., PhD Agr. Sc.

Research and Practical Center of National Academy of Sciences of the Republic of Belarus for Arable Farming

222160, the Republic of Belarus, Zhodino, Timiryazeva, 1

E-mail: brui@list.ru

This article reports on a field trial conducted at the Research and Practical Center of National Academy of Sciences of the Republic of Belarus for Arable Farming in 1997–2021. Lodging-resistance of spring barley varieties Gonar, Yakub, Vodar, Syabra, Mustang, Reyder, Magutny and Fest developed by the Research and Practical Center of National Academy of Sciences of the Republic of Belarus for Arable Farming was tested as affected by plant density and hydrothermal parameters at the tillering-early shooting stage. Lodging-resistance scale was developed to take in account the effectiveness of growth regulators at different growth stages (starting with the shooting time). Precipitation rates in May directly affected tillering intensity (r=0.520). Significant correlation was observed between barley lodging in the maturation period and shoot number at early shooting stage (r=0.862). Under relatively high determination coefficient (0.319 and 0.389) significant correlations between the precipitation rates in May-June and lodging amounted to r=0.541 and r=0.624, respectively. Application of growth retardants could be effective on any variety if over 800 shoots per 1 m² were formed by the end of the tillering stage. The developed nine-point lodging scale enabled accurate prediction of barley lodging to select effective time for growth regulator treatment.

Keywords: spring barley, resistance to lodging, correlation, lodging-resistance scale.

References

1. Bruy I. G. Esli rost v tyagost / I. G. Bruy // Belorusskoe selskoe khozyaystvo. — 2014. — No. 1. — P.23–26.

2. Kodanev I. M. Yachmen / I. M. Kodanev. — Moscow: Kolos, 1964. — 239 p.

3. Kovrigina L. N. Sopryazhennost elementov produktivnosti s priznakami struktury steblya u sortov i gibridov yachmenya / L. N. Kovrigina, G. Ya. Stepanyuk // Vestnik KemGU. — 2013. — No. 1 (53). — P.31–33.

4. Laman N. A. Biologicheskiy potentsial yachmenya: ustoychivost k poleganiyu i produktivnost / N. A. Laman, N. N. Statsenko, S. A. Kaller; red. L. V. Khotyleva. — Minsk: Nauka i tekhnika, 1984. — 216 p.

5. Stepanyuk G. Ya. Izmenchivost anatomicheskikh priznakov steblya yachmenya (Hordeum vulgare L.) v usloviyakh lesostepi Kemerovskoy oblasti: avtoref. diss. … kand. biol. nauk: 03.02.01. — GOU VPO “Kemerovskiy gosudarstvennyy universitet”, 2010. — 218 p.

6. Trofimovskaya A. Ya. Yachmen: evolyutsiya, klassifikatsiya, selektsiya / A. Ya. Trofimovskaya. — Leningrad: Kolos, Leningradskoe otdelenie, 1972. — 296 p.