Influence of abiotic factors on spring oat yields in the Northern region of Russian Federation

Cover Page

Abstract


Field experiments were carried out on sod-podzolic medium loamy soil, typical for the Northern region of the Russian Federation, in 2012-2019. The dependence of spring oat yields on abiotic conditions was studied. During the research years, the weather conditions varied significantly, which affected the productivity of spring oat. The yield of spring oat grain was found to have a very weak correlation with the effective temperature sum, weak correlation - with the total precipitation, and negative correlation - with the mean air temperature, which indicates the possibility of seed production of this crop in the Northern region of the Russian Federation. According to the data obtained, grain yields varied significantly from year to year. The reasons for the decline in grain productivity in individual years were different and complex. The most plastic cultivars with high productivity were identified.


Full Text

Введение Для условий южной части Северного региона России наиболее перспективной зерновой культурой является овёс яровой. Использование овса в качестве компонента в однолетних травосмесях обусловило широкое его распространение в зоне. Одна из основных задач селекции овса в условиях Северного региона -создание адаптивных сортов, обладающих высоким потенциалом продуктивности зерна и зеленой массы, достаточно скороспелых, устойчивых к полеганию, осыпанию и болезням. В своей работе ряд исследователей отмечают «овёс - растение умеренного климата. Семена прорастают при низких температурах, хорошо переносят весенние заморозки (до минус 5 °С). Летнюю засуху овёс переносит плохо, особенно в период от начала выхода растений в трубку до выметывания. Овёс хорошо переносит переувлажнение почвы, однако во время налива зерна избыточное увлажнение вызывает образование подгона и затягивает вегетацию» [1]. О влиянии погодных условий упоминали в своих научных работах многие исследователи: «…важно, чтобы создаваемые сорта обладали устойчивостью к действию абиотических и биотических стрессов. Одним из факторов, воздействующих на рост и развитие овса, являются погодные условия» [2-4]. В разных климатических зонах лимитирующие факторы могут быть различны. Ряд авторов отмечают, что продуктивность сельскохозяйственных культур во многом определяется складывающимся гидротермическим режимом в период вегетации. На нее сильное влияние оказывают многие абиотические факторы среды - резкое колебание температур в течение суток, повышенные температуры, недостаточное или избыточное количество осадков, продолжительные и повторяющиеся засухи, осадки в виде ливней и многое другое [5, 6]. В то же время при создании новых сортов приходится решать еще и проблему сочетания потенциальной урожайности с экологической приспособленностью [7]. В целях уменьшения экологической зависимости сортов особый приоритет должна получить целенаправленная селекция на адаптивность к конкретным и прежде всего экстремальным погодным условиям [8, 9]. Биоклиматические условия Северного региона позволяют успешно заниматься возделыванием овса ярового как на зеленую массу, так и на получение полноценного зерна. Урожайность зерна в сельхозпредприятиях, расположенных в южных районах Архангельской области, за последние пять лет колебалась в пределах 2,4…3,2 т/га. Сумма активных температур в южной части Северного региона составляет 1700…1850 °С, годовое количество осадков 470…620 мм, средняя продолжительность безморозного периода 127 дней. За период активной вегетации растений (температура выше 10 °С) выпадает до 300 мм осадков. Минимальное количество осадков приходится на зимние месяцы и начало весны, максимальное - на июль-сентябрь [10]. Цель исследований - изучить влияние абиотических факторов среды на продуктивность зерна овса ярового в условиях Северного региона РФ и выделить перспективные образцы по данному признаку. Материалы и методы исследований Полевые и лабораторные исследования проводились в питомниках конкурсного сортоиспытания овса ярового в 2012-2019 гг. в лаборатории растениеводства Архангельского НИИСХ, на одном и том же опытном участке. Почву данного участка можно отнести к высокоокультуренной, дерново-подзолистой. Отбор почвенных образцов проводился по ГОСТ 28168-89. По механическому составу почва среднесуглинистая, глееватая, с повышенным содержанием гумуса (3,7 %), реакция почвенного раствора нейтральная (рН - 6,5). Почва насыщена фосфором 23,5 мг/г, калием 27,8 мг/г на 100 г почвы (по Кирсанову), общего азота - 0,11 %. Мощность пахотного горизонта - 20…22 см. Площадь делянки - 10 м2, повторность - четырехкратная. В исследованиях представлены перспективные сортообразцы, изучаемые в конкурсном сортоиспытании и выделяющиеся по продуктивности зерна. В качестве стандарта использовался районированный для Архангельской области сорт ярового овса - Кречет. Агротехника - общепринятая в данной зоне с минимальными затратами материально-технических средств. При проведении наблюдений, оценок и учетов использовали методики: «Методические указания по изучению и сохранению мировой коллекции ячменя и овса» (Санкт-Петербург, 2012), «Международный классификатор СЭВ» (Ленинград, 1984), «Методика Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур» (М., 1985). За вегетационный период проведены фенологические и сопутствующие наблюдения, оценка растений на поражаемость болезнями, повреждение вредителями, учеты зеленой массы, урожайности семян. Использовали оборудование: сеялки СКС-6-10, рыхлитель РФ-1, Сампо-130. Послеуборочную подработку проводили на аспирационной колонке АК-1. Исследования проводили с резко контрастными метеорологическими условиями, которые по-разному влияли на рост, развитие и продуктивность изучаемых сортов. Математическую обработку экспериментальных данных проводили статистическими методами по Б.А. Доспехову с использованием программы Microsoft Office Excel 2007, пакета компьютерных программ AGROS v. 2.07 и программы TATGRAPHICS for Windows v. 5.1. Результаты исследований и обсуждения Сравнительная характеристика урожайности зерна сортов овса ярового в конкурсном сортоиспытании (рис. 1) показала, что продуктивность данной культуры в значительной степени подвержена влиянию агрометеорологических условий. Рис. 1. Конкурсное сортоиспытание, 2019 г. Fig. 1. Competitive cultivar testing, 2019 Метеорологические условия в период проведения исследований были резко контрастными. Сумма эффективных температур варьировала от 1158 °C в 2017, 2019 гг. до 1631 °C в 2016 г., средняя температура в вегетационный период при этом изменялась от 11,72 °C в 2014 г. до 15,26 °C в 2016 г. Количество выпавших осадков по годам изменялось от 121 мм в 2013 г., до 371 мм в 2019 г. В 2013, 2016, 2018 гг. осадков выпало меньше нормы (норма 297, 253 и 239 мм), по остальным годам больше нормы, и в определенные периоды вегетации наблюдалось переувлажнение почвы. Периоды вегетации 2012-2016 гг. и 2018 г. были относительно благоприятны для роста и развития овса ярового (табл. 1). Сумма эффективных температур в эти годы была выше среднемноголетних значений на 300…564 °C (среднемноголетние - 1067 °C). Сумма выпавших осадков за вышеперечисленные периоды составила 66…174 % от нормы (норма 183 мм). Периоды вегетации 2017, 2019 гг. по тепло обеспеченности уступали вышеперечисленным годам. Сумма эффективных температур за периоды исследований была выше среднемноголетних значений на 91 °C, количество выпавших осадков от нормы составило 130 % в 2017 г. и 203 % в 2019 г. В первую и вторую декаду июня и первую декаду июля 2018 г. выпали обильные осадки с существенным недостатком тепла, суточная температура составляла от -2 до +20 °C. В результате неблагоприятных погодных условий, сложившихся в первую и вторую декаду июня 2018 г., произошло значительное ухудшение роста и развития овса ярового, что оказало влияние на продуктивность и продолжительность периода вегетации. Таблица 1 Метеоусловия за периоды исследований с 2012 по 2019 гг. Показатели Годы 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Сумма эффективных температур, °C 1375 1468 1367 1429 1631 1158 1415 1158 Дата перехода среднесуточной температуры воздуха через 10 °C 11.05 11.05 10.05 11.05 15.05 8.06 16.05 6.05 Средняя температура воздуха в вегетационный период, °C 13,58 14,5 11,72 14,18 15,26 12,42 14,02 13,2 Сумма осадков за вегетационный период, мм 318 121 224 195 180 237 179 371 Table 1 Weather conditions for research periods, 2012-2019 Indicator Year 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Effective temperature sum, °C 1375 1468 1367 1429 1631 1158 1415 1158 Date of transition to mean daily air temperature above 10 °C 11.05 11.05 10.05 11.05 15.05 8.06 16.05 6.05 Mean air temperature during vegetative periods, °C 13.58 14.5 11.72 14.18 15.26 12.42 14.02 13.2 Total precipitation during vegetative periods, mm 318 121 224 195 180 237 179 371 Для оценки условий увлажнения вегетационных периодов применяли гидротермический коэффициент (ГТК) Селянинова (рис. 2). Суммарное значение ГТК было наименьшим в 2013 г. и равнялось - 0,9, что указывает на недостаточную влагообеспеченность с/х культур. В 2015, 2016 и 2018 гг. коэффициент равен - 1,4, что указывает на умеренно влажные годы. Годы со значением коэффициентов выше 1,6 соответствуют повышенному и высокому значению ГТК. Рис. 2. Значения гидротермического Fig. 2. Hydrothermal coefficient, 2012-2019 коэффициента в 2012-2019 гг. Урожайность образцов овса за годы исследований изменялась в сильной степени и была значительно ниже потенциально возможной (табл. 2). Основной причиной являлись резкие изменяющиеся погодные условия. В табл. 2 приведены перспективные образцы, выделившиеся по продуктивности за годы исследований. Наиболее благоприятными для формирования урожая зерна овса ярового сложились условия 2012, 2014 и 2015 гг., в результате средняя урожайность за эти три года составила 6,6; 4,5 и 5,7 т/га соответственно. Несколько менее урожайными были 2016 и 2017 гг. с урожайностью зерна 4,0 и 4,3 т/га. Низкая урожайность овса получена в 2013, 2018 и 2019 гг. - 3,5; 3,0 и 3,7 т/га соответственно. Самым неблагоприятным по агрометеоусловиям был вегетационный период 2018 г., когда средняя урожайность по изученным перспективным сортам составила 3,0 т/га. Таблица 2 Продуктивность овса ярового в конкурсном сортоиспытании в 2012-2019 гг., т/га Образец Годы 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Кречет, стандарт 7,3 2,0 3,7 5,3 3,1 4,0 2,4 3,7 10H 2401 - 4,8 5,1 5,6 4,4 - - - 127 h 06 6,5 3,1 4,5 5,6 3,7 - - - 55h2191 6,3 3,6 5,2 6,7 - - - - И-2950 6,1 3,5 4,5 5,6 4,9 3,9 - - И-3911 - 3,6 4,5 - - - - - 289 h 06 6,2 4,0 4,1 5,5 - - - - И-2961 7,2 3,5 4,6 6,0 3,9 - - - H2555 - - - 5,6 3,9 4,3 3,2 3,3 H2502 - - - - 4,0 4,8 3,3 4,1 В среднем по годам 6,6 3,5 4,5 5,7 4,0 4,3 3,0 3,7 Table 2 Spring oat yields in competitive cultivar testing, t/ha Cultivar Year 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Krechet (control) 7.3 2.0 3.7 5.3 3.1 4.0 2.4 3.7 10H 2401 - 4.8 5.1 5.6 4.4 - - - 127 h 06 6.5 3.1 4.5 5.6 3.7 - - - 55h2191 6.3 3.6 5.2 6.7 - - - - I-2950 6.1 3.5 4.5 5.6 4.9 3.9 - - I-3911 - 3.6 4.5 - - - - - 289 h 06 6.2 4.0 4.1 5.5 - - - - I-2961 7.2 3.5 4.6 6.0 3.9 - - - H2555 - - - 5.6 3.9 4.3 3.2 3.3 H2502 - - - - 4.0 4.8 3.3 4.1 Average 6.6 3.5 4.5 5.7 4.0 4.3 3.0 3.7 Самым высокопродуктивным по урожайности выделился 2012 г., который характеризовался высокими значениями суммы эффективных температур (выше нормы на 308 °С), количеством осадков за вегетационный период выше нормы на 135 мм и со значением ГТК - 2,3. Наиболее высокие урожаи у перспективных образцов овса (4,5…6,6 т/га) получены в годы с гидротермическим коэффициентом за вегетационный период 1,4…2,3, а самые низкие (3,0; 3,5; 3,7 т/га) - в годы с ГТК 0,9; 1,4; 2,5. Из представленных в табл. 2 образцов наиболее пластичными показали себя в условиях Северного региона 10Н2401, 289h06, И 2961. В селекционной работе наибольшую практическую ценность представляют корреляционные взаимосвязи между признаками и внешними факторами. Результаты применения математико-статистических методов корреляционного анализа зависимости урожайности зерна овса ярового от погодных условий субарктической зоны показали как положительную, так и отрицательную корреляцию. Продуктивность образцов овса ярового не коррелирует с суммой эффективных температур за вегетационный период без учета периода фенофаз (r = +0,001) и слабо положительно коррелирует с суммой осадков за вегетационный период (r = + 0,35). Это показывает, что изученные образцы овса не требовательны к высоким положительным температурам, но при этом требуют достаточного количества влаги, особенно в период от выхода растений в трубку до цветения. При недостаточном увлажнении происходит резкое снижение урожайности, так как в это время начинается развитие генеративных органов. Более поздние обильные осадки вызывают подгон и затягивают созревание, из-за чего зерно не всегда успевает вызревать до наступления морозов. Заключение Существенное влияние на формирование урожайности зерна овса ярового в условиях Северного региона РФ оказывают зональные и складывающиеся агрометеорологические условия вегетационного периода. На протяжении 8 лет исследовательской работы с различными погодными условиями средняя урожайность разных образцов овса ярового колебалась от 3,0 до 6,6 т/га. В результате анализа погодных условий в период вегетации во взаимоотношении с продуктивностью зерна выявлено, что для получения урожайности овса свыше 4,5 т/га необходимы: сумма эффективных температур выше 1350 °С, ГТК не менее 1,6. Выделены наиболее пластичные и продуктивные сортообразцы овса ярового 10Н2401, 289h06, И 2961.

About the authors

Irina Valentinovna Zobnina

Branch of Federal Center for Integrated Arctic Research of the Russian Academy of Sciences - Arkhangelsk Research Institute of Agriculture

Author for correspondence.
Email: 19651960@mail.ru
10, Lugovoy vil., Primorsky district, Arkhangelsk region, 163032, Russian Federation

Researcher, Plant Growing Laboratory

Valentina Aleksandrovna Korelina

Branch of Federal Center for Integrated Arctic Research of the Russian Academy of Sciences - Arkhangelsk Research Institute of Agriculture

Email: korelina60@mail.ru
10, Lugovoy vil., Primorsky district, Arkhangelsk region, 163032, Russian Federation

Candidate of Agricultural Sciences

Olga Borisovna Batakova

Branch of Federal Center for Integrated Arctic Research of the Russian Academy of Sciences - Arkhangelsk Research Institute of Agriculture

Email: 19651960@mail.ru
10, Lugovoy vil., Primorsky district, Arkhangelsk region, 163032, Russian Federation

Candidate of Agricultural Sciences

References

  1. Tonoyan SV, Kiselev EF, Afanaseeva VK, Ziablova MN, Bogdanov AY, Buneev MP. Influence of climatic conditions and precursors on oat yield and quality. RUDN Journal of Agronomy and Animal Industries. 2012; (4):41–48. (In Russ).
  2. Agroklimaticheskie resursy Arkhangel’skoi oblasti [Agroclimatic resources of the Arkhangelsk region]. Leningrad: Hydrometeorological publ.; 1971. (In Russ).
  3. Bezgodov AV, Akhmetkhanov VF. Adaptive capacity of oat varieties and intensification of their growing technology in the Middle Urals. In: Scientific research: from theory to practice. Conference proceedings of X Int. scientific conference, 30 October 2016, Cheboksary, Russia. Cheboksary: Interaktiv plyus publ.; 2016. p.200–210. (In Russ). doi: 10.21661/r-113661
  4. Kosyanenko AP. The role of water availability in changing the economic and biological characteristics of oats. Bulletin of KSAU. 2007; (1):117–121. (In Russ).
  5. Vasko IA, Bakaev NM. Dependence of spring wheat yield on climatic factors. Zemledelie. 1988; (5):37–38. (In Russ).
  6. Titarenko AV, Korobova NA. Ecological testing of pea sorts in conditions of Rostov region. Agrarian science. 2013; (8):14–15. (In Russ).
  7. Alabushev AV. Sostoyanie i puti effektivnoi otrasli rastenievodstva [State and ways of effective crop production]. Rostov-on-Don: Kniga publ., 2012. (In Russ).
  8. Bespalova LA. Ecological and genetic features of adaptive potential formation of new-generation winter wheat varieties. In: Ecological genetics of cultivated plants: Conference proceedings. Krasnodar: RASKHN publ.; 2005. p.35–38. (In Russ).
  9. Ionova EV, Gaze VL, Nekrasov EI. Perspective of use of adaptive zoning and adaptive selection of crops (review). Grain Economy of Russia. 2013; (3):19–22. (In Russ).
  10. Korelina VA. Influence of abiotic factors on seed productivity of red clover (Trifolium pratense L.) in subarctic conditions of the Russian Federation. Adaptive Fodder Production. 2019; (2):40–47. (In Russ). doi: 10.33814/AFP-2222–5366–2019–2–40–47

Statistics

Views

Abstract - 187

PDF (Russian) - 55

Cited-By


PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2020 Zobnina I.V., Korelina V.A., Batakova O.B.

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