Agroecological study of garden carrot cultivars from collection of Vavilov institute

Cover Page

Abstract


Carrots are one of the most important root crops in the world. Due to such qualities as plasticity and relative non-wholesome cultivation, carrots are cultivated in most countries of the world. Carrot roots are a valuable source of vitamins A, B, B2, B6, B12, C, RR, E, R. Agroecological conditions of the region allow to cultivate carrots in the open ground. Astrakhan region is not yet characterized by high production rates, as its cultivation can be done only under irrigation. The article considers the influence of agroecological conditions on crop yield and adaptability of garden carrots cultivars in the arid zone of the Caspian region. Experiments on studying the carrots cultivars was carried out on the fields of Precaspian Agrarian Federal Scientific Center of the RAS in 2017-2019. The purpose of the research was to study garden carrots cultivars from collection of plant genetic resources of Vavilov Institute for the selection of high-productive and more adapted samples. The object of research was 17 types of carrots from the world Vavilov collection. Based on three-year studies on yield, we can distinguish the following cultivars: Berlanda F1 (Netherlands), Nantese (Italy) and Imperator Type 9-11 (USA) with yield of 68.4 to 75.2 t/ha. The coefficient adaptability was higher than 1, in the varieties Berlanda F1 (Netherlands), Nantese (Italy), F1 Eagle (Canada), Imperator Type 9-11 (USA), Wav-88 (Germany), Surazhevskaya-1 (Russia). They have ability to adapt to difficult growing conditions and produce consistently high yields. The samples selected can be used in the future to create new cultivars and hybrids for conditions of the Caspian region.


Full Text

Введение Столовая морковь - одна из основных овощных культур в Российской Федерации. По своему пищевому значению морковь занимает первое место среди столовых корнеплодов. Благодаря таким качествам, как пластичность и относительная неприхотливость в выращивании, морковь возделывают в большинстве стран мира. В корнеплодах моркови содержится 5…30 мг% каротина, 11,5…17,3 % сухих веществ, 5…9,5 % сахаров, 5…10 мг% аскорбиновой кислоты, витамины группы В, кальций, калий, натрий, марганец, фосфор, железо, йод [1]. Важнейшим условием получения высоких и стабильных урожаев высококачественных корнеплодов является внедрение адаптированных к конкретным агроэкологическим условиям, обладающих болезнеустойчивостью и высокой лежкоспособностью новых сортов и гибридов овощных культур и внедрение их в широкое производство [2]. Сельскохозяйственное производство должно основываться на адаптивном размещении производственных посевов для получения высоких урожаев на основе использования набора сортов и гибридов, максимально адаптированных к возможным отклонениям погоды [3]. Стратегической задачей современного растениеводства является повышение адаптивного потенциала сортов и продуктивное использование данных знаний в производстве. Для решения этой задачи необходимо знать биологические особенности культуры, которые проявляются в определенных условиях произрастания. В настоящее время существует множество сортов и селекционно-ценных линий моркови, которые различаются между собой урожайностью, устойчивостью к болезням и вредителям, отношением к почвенно-климатическим условиям, формой и длиной корнеплодов, сроками созревания. Но они на данный момент не оценены для различных условий, не определен их адаптационный потенциал. В связи с этим установление реакции растений на определенные условия выращивания и выявление наиболее адаптивных сортообразцов имеют важное значение при включении их в селекционные программы и внедрение в производство. В зоне рискованного земледелия, к которой относится Астраханская область, из-за недостаточного увлажнения, повышенного засоления, часто повторяющихся засух, ограниченности орошаемых земель резко снижается урожайность сельскохозяйственных культур и объем производства продукции. В данных природно-климатических условиях размер и качество получаемого урожая напрямую зависит от точности подержания влажности почвы. Самым эффективным способом полива является применение капельного орошения [4]. Поэтому для данной территории необходимо проводить подбор адаптированных, высокопродуктивных сортообразцов, в т. ч. и моркови столовой, отвечающих требованиям интенсивных технологий возделывания и создавать на их основе новые сорта и гибриды [5]. Цель исследования - изучение 17 сортообразцов моркови столовой из мировой коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) для выделения высокопродуктивных и более адаптированных образцов. Материал и методы исследования В качестве материала исследования были использованы сортообразцы и линии моркови столовой из мировой коллекции ВИР. Всего изучались 17 сортообразцов из Франции, Германии, Великобритании, Канады, США, Бразилии, Японии, Италии, России, Нидерландов. Изучение проводилось по общепринятым методикам [6-8]. Опыт закладывался методом рендомизированных делянок в четырехкратной повторности. Густота посева 1 млн. семян/га. Посев ленточный восьми строчный. Адаптивность сортообразцов определялась по методике Л.А. Животкова, в основе которой лежит сравнение урожайности конкретного образца со среднесортовой урожайностью всей коллекции [9, 10]. Астраханская область расположена в Прикаспийской низменности, которая представляет собой молодую аккумулятивную равнину со слабоволнистым равнинным рельефом. Почвообразующими породами являются в основном лёссовидные суглинки, перекрывающиеся морскими отложениями [11]. Светло-каштановые почвы преобладают в данной зоне. Эти почвы характеризуются бесструктурно-слоеватым осветленным гумусовым горизонтом малой мощности (не более 15 см). На данном типе почв содержание гумуса не превышает 1,0…2,2 %. В верхних горизонтах преобладает слабощелочная реакция, в нижних - щелочная. На 100 г почвы емкость поглощения составляет от 15 до 25 мг экв., из них 3…15 % приходится на натрий. На светло-каштановых почвах преобладают признаки солонцеватости из-за более высокого залегания солей. Тип засоления преимущественно хлоридный. Пахотный горизонт имеет плотность 1,25…1,35 т/м3, но водопроницаемость низкая - 0,30…0,40 мм/мин. Грунтовые воды залегают на 15…20 м. Почва в весенний период при наличии осадков может промачиваться от 0,30 до 1,0 м. Участок, на котором закладывались опыты, согласно агрохимическому обследованию, представлен светло-каштановыми, солонцеватыми почвами, без наличия солонцов. Пахотный слой тяжелосуглинистый иллювиальный с солонцеватым сильно уплотненным горизонтом, из-за которого в нижние слои доступ воды и корней растений затруднен. Карбонатный горизонт В2 в профиле почвы близко расположен и ярко выражен. По механическому составу почвы опытного участка крупнопылеватые, с частицами диаметром менее 0,001 мм на горизонтах 0,2…0,65 м и с содержанием глины до 26,4 %. Тип климата данной зоны сильно континентальный. Для него характерны короткие малоснежные холодные зимы с сильными ветрами, осень и весна короткие и сухие, лето продолжительное сухое и жаркое. Коэффициент увлажнения не превышает 0,12…0,33. Осадков выпадает очень мало, от 100 до 300 мм, а испаряемость высокая - 700…900 мм [11]. Среднегодовая температура воздуха +7,0 °C. Порядка 235…260 суток в году с температурой воздуха выше 0 °C. В год сумма активных температур составляет 3370…3500 °C [10, 12]. Гидротермический коэффициент данной территории составляет 0,4…0,5, что характеризует ее как засушливую по условиям тепло- и влагообеспеченности. Орошение опытов осуществлялось с помощью капельного орошения. Результаты исследования и обсуждение Погодные условия в период вегетации моркови столовой оценивались по данным метеостанции с. Черный Яр (табл. 1). Таблица 1 Метеорологические условия вегетационного периода моркови Месяц Температура воздуха, °C Температура почвы на глубине 5…15 см, °C Осадки, мм 2017 2018 2019 2017 2018 2019 2017 2018 2019 Апрель III 10,6 12,5 13,7 11,3…11,0 13,2…12,2 16,1…14,5 21,3 10,5 0,5 Май I 17,9 20,0 16,8 18,9…17,6 20,3…18,7 17,1…15,6 5,0 - 4,8 II 14,6 20,7 23,3 16,9…16,6 22,6…23,2 23,1…21,3 57,8 - 1,7 III 17,3 20,6 21,4 19,9…18,7 24,4…23,4 23,9…22,4 3,0 - 4,8 Июнь I 19,0 18,6 26,4 23,3…22,4 28,5…22,2 28,6…26,9 - 11,9 0,5 II 21,0 22,8 36,1 22,2…21,5 26,3…25,1 29,8…27,8 23,0 - 2,5 III 24,3 29,1 28,0 26,6…25,3 31,1…29,7 31,8…29,3 3,5 - 1,9 Июль I 25,3 26,9 25,0 29,7…28,6 28,4…28,3 28,9…27,3 0,6 23,7 5,4 II 26,4 27,0 22,2 30,2…28,4 29,3…28,8 24,0…24,2 - 10,6 43,3 III 27,4 27,0 27,4 30,9…29,4 28,6…28,0 26,7…26,1 11,1 6,0 9,3 Август I 29,0 25,8 21,0 32,6…30,8 28,7…28,4 24,0…23,7 - 1,1 7,0 II 26,1 23,3 - 30,5…29,3 27,0…26,7 - - 3,3 - III 24,7 22,8 - 28,1…27,4 26,0…25,6 - 10,3 - - Сентябрь I 20,5 22,0 - 22,4…23,2 24,3…24,3 - 18,3 - - II 23,0 19,9 - 23,4…23,5 21,3…21,7 - - 8,8 - III 13,5 - - 16,8…19,2 - - - - - Table 1 Meteorological conditions for carrot growing season Month Air temperature, °C Soil temperature at a depth of 5…15 cm, °C Precipitation, mm 2017 2018 2019 2017 2018 2019 2017 2018 2019 April III 10.6 12.5 13.7 11.3…11.0 13.2…12.2 16.1…14.5 21.3 10.5 0.5 May I 17.9 20.0 16.8 18.9…17.6 20.3…18.7 17.1…15.6 5.0 - 4.8 II 14.6 20.7 23.3 16.9…16.6 22.6…23.2 23.1…21.3 57.8 - 1.7 III 17.3 20.6 21.4 19.9…18.7 24.4…23.4 23.9…22.4 3.0 - 4.8 June I 19.0 18.6 26.4 23.3…22.4 28.5…22.2 28.6…26.9 - 11.9 0.5 II 21.0 22.8 36.1 22.2…21.5 26.3…25.1 29.8…27.8 23.0 - 2.5 III 24.3 29.1 28.0 26.6…25.3 31.1…29.7 31.8…29.3 3.5 - 1.9 End of Table 1 Month Air temperature, °C Soil temperature at a depth of 5…15 cm, °C Precipitation, mm 2017 2018 2019 2017 2018 2019 2017 2018 2019 July I 25.3 26.9 25.0 29.7…28.6 28.4…28.3 28.9…27.3 0.6 23.7 5.4 II 26.4 27.0 22.2 30.2…28.4 29.3…28.8 24.0…24.2 - 10.6 43.3 III 27.4 27.0 27.4 30.9…29.4 28.6…28.0 26.7…26.1 11.1 6.0 9.3 August I 29.0 25.8 21.0 32.6…30.8 28.7…28.4 24.0…23.7 - 1.1 7.0 II 26.1 23.3 - 30.5…29.3 27.0…26.7 - - 3.3 - III 24.7 22.8 - 28.1…27.4 26.0…25.6 - 10.3 - - September I 20.5 22.0 - 22.4…23.2 24.3…24.3 - 18.3 - - II 23.0 19.9 - 23.4…23.5 21.3…21.7 - - 8.8 - III 13.5 - - 16.8…19.2 - - - - - Погодные условия вегетационного периода 2017 г. складывались благоприятно для развития растений моркови. Посев столовой моркови проводили после подготовки почвы 28 апреля, когда средние температуры почвы и воздуха были выше +10 °С. Третья декада апреля и май отличались постепенным нарастанием температуры воздуха и почвы на глубине 5…15 см, осадков в мае выпало много - 65,8 мм, влажность воздуха была на уровне 44…66 % (см. табл. 1). В июне также отмечалось выпадение осадков 23,0 мм, что способствовало понижению температуры воздуха до 19,0…24,3 °С. Июнь и август были жаркими и сухими, температуры почвы достигали в эти месяцы 29,7…30,9 °С. В сентябре температуры воздуха и почвы были на уровне 20,5…23,4 °С, осадков в период уборки 26 сентября не было. Вегетационный период 2018 г. отличался неравномерностью осадков, низкими значениями относительной влажности воздуха (29…49 %). Температуры воздуха весной быстро нарастали, посев осуществляли 3 мая, при оптимальных температурах воздуха и почвы. Температуры воздуха и почвы в мае, июне и июле были выше, чем в 2017 г. (см. табл. 1), что отразилось не продолжительности вегетационного периода. Уборку столовой моркови проводили в фазе биологической спелости 14 сентября. В 2019 г. посев проводили рано, 23 апреля, так как в этот период температура воздуха были на уровне 13,7 °С, а температура почвы на глубине 5…15 см 16,1…14,5 °С. Осадки наблюдались на протяжении всего вегетационного периода. Влажность воздуха составляла 29…64 %. Вегетационный период изучаемых сортоообразцов был короче, поэтому уборку проводили 2 августа. В течение вегетационного периода проводились фенологические наблюдения. В результате изучения коллекции столовой моркови среди сортообразцов самый высокий показатель урожайности в 2017 г. получен у F1 Eagle (Канада) - 57,2 т/га, наименьшая урожайность составила 21,5 т/г у сортообразца J-Shinkokyby (Япония). У остальных сортообразцов урожайность варьировала от 31,0 до 54,2 т/га (табл. 2). Таблица 2 Продуктивность и адаптивность сортообразцов столовой моркови Сортообразцы Урожайность, т/га Коэффициент № по каталогу ВИР Название 2017 2018 2019 Среднее адаптивности 2616 Amtou (Германия) 47,2 82,5 32,3 54,0 0,96 2712 Asmer Super Sprite (Великобритания) 37,3 56,8 8,8 34,3 0,61 2834 Wav-88 (Германия) 42,9 120,7 31 64,9 1,15 2846 F17302 (Франция) 49,4 60 51,7 53,7 0,95 2852 F1Woodlаnd (США) 40 74,8 41 51,9 0,92 2856 Brasilia (Бразилия) 36,1 48,4 63,1 49,2 0,87 2876 J-Shinkokyby (Япония) 21,5 81,3 45,9 49,6 0,88 2877 Тайфун (Россия) 47,3 69 36,8 51,0 0,91 2892 Суражевская-1 (Россия) 36 115,3 35,2 62,2 1,10 2904 Carioca (Нидерланды) 31 68,5 66,6 55,4 0,98 2910 Imperator Type 9-11 (США) 36,8 97,2 71,2 68,4 1,21 2912 Autumn Kind (Великобритания) 35,2 93,4 28,2 52,3 0,93 2914 F1 Eagle (Канада) 57,2 102,6 29,7 63,2 1,12 2922 Tokitas Scarlet (Япония) 54,2 50,6 39,9 48,2 0,86 2932 Race Dalbon (Франция) 41,9 75,2 33,4 50,2 0,89 2934 Nantese (Италия) 40,2 106,7 73,5 73,5 1,30 2943 Berlanda F1 (Нидерланды) 39,9 133,5 52,3 75,2 1,34 Table 2 Productivity and adaptability of table carrot cultivars C ultivar Yield, t/ha Adaptability № in Vavilov collection Name 2017 2018 2019 Average coefficient 2616 Amtou (Germany) 47.2 82.5 32.3 54.0 0.96 2712 Asmer Super Sprite (Great Britain) 37.3 56.8 8.8 34.3 0.61 2834 Wav-88 (Germany) 42.9 120.7 31 64.9 1.15 2846 F17302 (France) 49.4 60 51.7 53.7 0.95 2852 F1Woodlаnd (USA) 40 74.8 41 51.9 0.92 2856 Brasilia (Brasil) 36.1 48.4 63.1 49.2 0.87 End of Table 2 C ultivar Yield, t/ha Adaptability № in Vavilov collection Name 2017 2018 2019 Average coefficient 2876 J-Shinkokyby (Japan) 21.5 81.3 45.9 49.6 0.88 2877 Tayfun (Russia) 47.3 69 36.8 51.0 0.91 2892 Surazhevskaya-1 (Russia) 36 115.3 35.2 62.2 1.10 2904 Carioca (Netherlands) 31 68.5 66.6 55.4 0.98 2910 Imperator Type 9-11 (USA) 36.8 97.2 71.2 68.4 1.21 2912 Autumn Kind (Great Britain) 35.2 93.4 28.2 52.3 0.93 2914 F1 Eagle (Canada) 57.2 102.6 29.7 63.2 1.12 2922 Tokitas Scarlet (Japan) 54.2 50.6 39.9 48.2 0.86 2932 Race Dalbon (France) 41.9 75.2 33.4 50.2 0.89 2934 Nantese (Italy) 40.2 106.7 73.5 73.5 1.30 2943 Berlanda F1 (Netherlands) 39.9 133.5 52.3 75.2 1.34 В условиях 2018 г. урожайность была максимальной у сортообразца Berlanda F1 (Нидерланды) - 133,5 т/га. Наименьшая урожайность отмечена у сортообразца Brasilia (Бразилия) - 48,4 т/га. У остальных сортообразцов она составила 50,6…120,7 т/га. В 2019 г. урожайность варьировала от 8,8 до 73,5 т/га, максимальное значение отмечено у сортообразца Nantese (Италия), минимальное значение показал сортообразец Asmer Super Sprite (Великобритания). В среднем за годы исследования максимальная урожайность отмечена у сортообразца Berlanda F1 (Нидерланды) - 75,2 т/га, незначительно ниже у сортообразца Nantese (Италия) - 73,5 т/га. Минимальная урожайность отмечена у сортообразца Asmer Super Sprite (Великобритания) - 34,3 т/га. Высокой адаптивностью (с коэффициентом выше 1) обладали сортообразцы столовой моркови с урожайностью свыше 62,2 до 75,2 т/га. Это Berlanda F1 (Нидерланды) с коэффициентом адаптивности - 1,34, Nantese (Италия) - 1,30, Imperator Type 9-11 (США) - 1,21, Wav-88 (Германия) - 1,15, Суражевская-1 (Россия) - 1,10. Менее адаптированными к аридным условиям оказались сортообразцы столовой моркови Carioca (Нидерланды) - 0,98, Amtou (Германия) - 0,96, F17302 (Франция) - 0,95, Autumn Kind (Великобритания) - 0,93, F1Woodlаnd (США) - 0,92, Тайфун (Россия) - 0,91. Выводы Проведенное агроэкологическое изучение коллекции моркови показало, что наиболее продуктивными и адаптированными к почвенно-климатическим условиям Астраханской области являются сортообразцы Berlanda F1 из Нидерланд, Nantese из Италии и Imperator Type 9-11 из США, Wav-88 из Германии, Суражевская-1 из России, которые могут быть использованы в дальнейшей селекции при создании новых высокопродуктивных сортов и гибридов.

About the authors

Nadezhda Aleksandrovna Zaitseva

Precaspian Agrarian Federal Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: rexham@rambler.ru
8 Severny kvartal st., Solenoe Zaymishche village, Chernoyarsky District, Astrakhan Region, 416251, Russian Federation

Candidate of Agricultural Sciences, Head of the Breeding Laboratory

Antonina Fedorovna Tumanyan

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: aftum@mail.ru
8 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation

Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Agrobiotechnological Department, Agrarian and Technological Institute

Anastasiya Pavlovna Seliverstova

Precaspian Agrarian Federal Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: rexham@rambler.ru
8 Severny kvartal st., Solenoe Zaymishche village, Chernoyarsky District, Astrakhan Region, 416251, Russian Federation

Junior Researcher, Breeding Laboratory

References

  1. Stolarczyk J, Janick J. Carrot: History and Iconography. Chronica horticulturae. 2011; 51(2):13—18.
  2. Zhuchenko AA. Adaptivnaya sistema selekcii rastenij (ekologo-geneticheskie osnovy) [Adaptive plant breeding system (ecological and genetic bases)]. Moscow: RUDN University Publ.; 2001. (In Russ).
  3. Dospekhov BA. Metodika polevogo opyta [Methodology of field experience]. 5th ed. Moscow: Agropromizdat Publ.; 1985. (In Russ).
  4. Metodika gosudarstvennogo sortoispytaniya sel’skohozyajstvennyh kul’tur [Methodology of state variety testing of agricultural crops]. Issue 2. Moscow: Kolos Publ.; 1989. (In Russ).
  5. Ushakov NM, Shuchkina VP, Timofeeva EG, Pilipenko VN. Priroda i istoriya Astrakhanskogo kraya [Nature and history of the Astrakhan region]. Astrakhan: AGU Publ.; 1996. (In Russ).
  6. Zvolinskij VP, Tyutyuma NV, Taranova ES. Proizvodstvo ovoshchebahchevyh kul’tur v usloviyah Astrahanskoj oblasti [Production of vegetable and berry crops in the Astrakhan region]. Volgograd: VGSKHA Publ.; 2011. (In Russ).
  7. Kiryushin VI. Agronomicheskoe pochvovedenie [Agronomic soil science]. Moscow: Kolos Publ.; 2010. (In Russ).
  8. Narodetskaya SS, Glukhova AI, Brekalova AI. Agroklimaticheskie resursy Astrahanskoj oblasti [Agroclimatic resources of the Astrakhan region]. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ.; 1974. (In Russ).
  9. Tumanyan AF, Felisia T, Tyutyuma NV, Bondarenko AN. Cultivation of garden carrots using resourcesaving technology under irrigation in the Astrakhan region. Theoretical and Applied Problems of Agro-industry. 2016; (4):35—42. (In Russ).
  10. Zhivotkov LA, Morozova ZN, Sekatueva LI. Method of identifying potential productivity and adaptability of varieties and breeding forms of winter wheat by «yield» indicator. Selektsiya i semenovodstvo. 1994; (2):3—6. (In Russ).
  11. Metodicheskie ukazaniya po izucheniyu mirovoj kollekcii VIR [Methodological guidelines for the study of the world Vavilov collection]. Leningrad: Vavilov Institute Publ.; 1985. (In Russ).
  12. Gish RA, Gikalo GS. Ovoshchevodstvo yuga Rossii [Vegetable growing in the South of Russia]. Krasnodar: EDVI Publ.; 2012. (In Russ).

Statistics

Views

Abstract - 199

PDF (Russian) - 55

Cited-By


PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2020 Zaitseva N.A., Tumanyan A.F., Seliverstova A.P.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies