Сортовая отзывчивость сои на орошение и удобрение в условиях Нижнего Поволжья

Полный текст

Введение

Численность населения Земли в настоящее время превысила 7,7 млрд человек. По прогнозам к середине XXI в. этот показатель увеличится до 11 млрд человек. Уже сейчас почти 9 % населения Земли страдает от голода, поэтому в ближайшие 30 лет необходимо увеличить вдвое, а то и в трое производство продовольствия. Поскольку земельные ресурсы Земли ограничены и рост производства продукции в предыдущее десятилетие на 80 % был достигнут за счет повышения плодородия почвы и только на 20 % благодаря расширению площади аграрных угодий, будущее обеспечение человечества продуктами питания должно основываться на эффективном использовании имеющихся земельных ресурсов. Значительно увеличить уровни мирового производства продовольствия (до 60 %) можно за счет улучшения сортов основных сельскохозяйственных культур и совершенствования приемов их возделывания [1, с. 39; 2, с. 153].

К важнейшим агрокультурам, составляющим основу питания людей и корма для животных, относится белково-­масличная культура соя. Благодаря высокому содержанию сбалансированного аминокислотами протеина в семенах (40 %) и биологически ценного жира (20 %) эта культура возделывается на площади 122 млн га мирового земледелия и обеспечивает сбор почти 342 млн т зерна.

Доля российского объема сои пока невелика — 1,4 %. Однако в ближайшей перспективе этот показатель прогнозируется увеличить в 2 раза и в первую очередь за счет расширения площади орошаемых земель в южном Федеральном округе, в т. ч. в Нижнем Поволжье. В этом регионе почти 40 лет проводится селекционная работа с соей на базе ФГБНУ ВНИИОЗ. Выведено 5 сортов, которые допущены в сельскохозяйственное производство Нижнего Поволжья. Выращиваемое за счет селекции методами межсортовых скрещиваний и отбора в 3–5 гибридных поколениях (методов без применения генной инженерии) товарное зерно улучшенных сортов более востребовано на рынке, чем ГМО продукция. А усовершенствование приемов агротехники по мере создания и регистрации сортов приводит к росту урожайности, что в мелиоративном земледелии способствует существенному снижению затрат на оросительную воду, удобрения, семена и повышает рентабельность производства [3, с. 5; 4, с. 20]. Цель исследования — изучение отзывчивости сортов сои с различными сроками созревания селекции ФГБНУ ВНИИОЗ на оросительную воду, удобрение и отбор сортов, обеспечивающих получение высокой урожайности при экономии водных и агрохимических ресурсов.

Материалы и методы исследования

Экспериментальные исследования проводили на опытно-­производственном поле ФГБНУ ВНИИОЗ в 2019–2021 гг. Использовали сорта с различными сроками созревания: скороспелые (100…110 дней) — ВНИИОЗ 86 (допущены в сельскохозяйственное производство с 2002 г.), Волгоградка 2 (с 2020 г.); среднеспелые (111…120 дней) — ВНИИОЗ 31 (с 2011 г.) и Волгоградка 3 (готовится к передаче в Госсорткомиссию).

Схема опыта включала изучение различных сортов и доз удобрений в условиях орошения, рассчитанных на получение планируемой урожайности 2,5; 3,5 и 4,5 т/га зерна. Контроль — без внесения удобрений. Площадь делянок 35 м². Повторность — 4‑кратная. Способ посева — широкорядный с междурядьями 0,7 м. Требуемый режим орошения (80% НВ) обеспечивался промачиванием слоя почвы 0,4 м от посева до конца фазы ветвления и от начала созревания до полной спелости семян; от начала цветения до полного налива семян в бобах увеличивали поступление влаги в почву до глубины 0,6 м.

Результаты исследований и обсуждение

Проблемы орошения и водопотребления сои в Нижнем Поволжье изучались многими исследователями [5, с. 95; 6, с. 15; 7, с. 30; 8, с. 27; 9, с. 24]. Установлено, что при оросительной мелиорации суммарное водопотребление сои в течение вегетационного периода колеблется от 1,5 до 5 тыс. м³/га. Выявлена дифференциация водопотребления и от генотипа сорта.

Согласно полученным результатам (табл. 1), в очень засушливые и близкие по метеоусловиям к среднемноголетним значениям годы показатели водного баланса имеют очень существенные различия. Доля оросительной воды значительно возрастала в год с ГТК₀₂ — до 76,5 % — по сравнению с более благоприятным годом с ГТК₀₅ (55,1 %).

Таблица 1. Структура суммарного водопотребления сортовых посевов сои в контрастные по влагообеспеченности годы

Сорт	Годы	Гидро­термический коэффициент (ГТК)	Показатели водного баланса						Суммарное водопот­ребление, м³/га
			Поливы		Осадки		Влага в почве
			м³/га	%	м³/га	%	м³/га	%
Скороспелые сорта
ВНИИОЗ 86	2019	0,5	1549	49,4	1170	37,3	418	13,3	3138
	2020	0,2	2950	73,5	636	15,8	428	10,7	4014
Волгоградка 2	2019	0,5	2000	54,7	1271	34,8	383	10,5	3653
	2020	0,2	3249	74,2	687	15,7	444	10,1	4381
Среднеспелые сорта
ВНИИОЗ 31	2019	0,5	2249	55,1	1451	35,6	377	9,2	4078
	2020	0,2	3550	75,2	700	14,8	468	10	4718
Волгоградка 3	2019	0,5	2500	54	1733	37,4	398	8,6	4631
	2020	0,2	3849	76,5	700	13,9	477	9,5	5027

Table 1. Structure of total water consumption of soybean crops in contrasting years in terms of moisture supply

Cultivar	Year	Hydrothermal coefficient (HTC)	Water balance indicators						Total water consumption, m³/ha
			Watering		Precipitation		Moisture in soil
			m³/ha	%	m³/ha	%	m³/ha	%
Early maturing cultivars
VNIIOZ 86	2019	0.5	1549	49.4	1170	37.3	418	13.3	3138
	2020	0.2	2950	73.5	636	15.8	428	10.7	4014
Volgogradka 2	2019	0.5	2000	54.7	1271	34.8	383	10.5	3653
	2020	0.2	3250	74.2	687	15.7	444	10.1	4381
Mid-season cultivars
VNIIOZ 31	2019	0.5	2249	55.1	1451	35.6	377	9.2	4078
	2020	0.2	3550	75.2	700	14.8	468	10	4718
Volgogradka 3	2019	0.5	2500	54	1733	37.4	398	8.6	4631
	2020	0.2	3849	76.5	700	13.9	477	9.5	5027

На интенсивность водопотребления оказывала влияние и продолжительность вегетационного периода. Скороспелые сорта характеризовались наименьшим потреблением оросительной воды, особенно очень ранний сорт ВНИИОЗ 86.

Анализ формирования уровней урожайности в контрастные по гидротермическим условиям годы (табл. 2) показал, что наиболее продуктивными в условиях орошения являются среднеспелые сорта, особенно Волгоградка 3 — 3,74 т/га в среднем за годы проведения исследований.

Таблица 2. Урожайность сортов в зависимости от фактора сорта и года возделывания сои в условиях орошения

Сорт	Урожайность, т/га			Коэффициент водопотребления, м3/т
	2019	2020	Среднее	2019	2020	Среднее
Скороспелые сорта
ВНИИОЗ 86	2,92	2,69	2,81	1074	1492	1283
Волгоградка 2	3,74	3,39	3,57	977	1292	1136
Среднеспелые сорта
ВНИИОЗ 31	3,89	3,32	3,61	1048	1421	1235
Волгоградка 3	3,92	3,56	3,74	1181	1412	1297
НСР05	0,23	0,21

Table 2. Productivity of soybean plants depending on cultivar and cultivation year under irrigation

Cultivar	Productivity, t/ha			Water consumption coefficient, m3/t
	2019	2020	Average	2019	2020	Average
Early maturing cultivars
VNIIOZ 86	2.92	2.69	2.81	1074	1492	1283
Volgogradka 2	3.74	3.39	3.57	977	1292	1136
Mid-season cultivars
VNIIOZ 31	3.89	3.32	3.61	1048	1421	1235
Volgogradka 3	3.92	3.56	3.74	1181	1412	1297
LSD05	0.23	0.21

При изучении особенностей водопотребления сортов различных групп спелости установлено, что наиболее эффективно для формирования хозяйственно-­ценной части урожая используется вода как у отдельных скороспелых (Волгоградка 2), так и среднеспелых (ВНИИОЗ 31) сортов (работа в данном направлении продолжается) [10, с. 95].

В условиях орошения соя очень отзывчива на применение удобрений [11, с. 13; 12, с. 27; 13, с. 31]. При этом важно учитывать отзывчивость сортов на минеральное питание.

Величина урожая растений тесно связана с процессами фотосинтеза. Основополагающую роль фотосинтеза в создании органического вещества на Земле подчеркивал еще К.А. Тимирязев (1897). Среди приоритетных перспективных технологий мирового земледелия на первом месте стоит повышение эффективности фотосинтеза. При создании новых сортов или разработке приемов агротехники, мелиорации необходимо уделять особое внимание показателям фотосинтетической продуктивности агрофитоценозов.

Влияющие на продуктивность растений такие факторы среды, как температура, относительная влажность воздуха, практически не поддаются контролированию. Учитывая показатели природно-­климатических факторов среды и анализа их влияния, можно выделить и рекомендовать к конкретным условиям высокопродуктивные сорта, предложить технологию их возделывания.

Между урожаем и фотосинтетической деятельностью посева существует прямая зависимость, которая проявляется только при оптимизации выращивания сельскохозяйственной культуры. Агрофитоценоз сои развивает чрезмерно объемную листовую поверхность, особенно при благоприятных условиях возделывания, в т. ч. в посевах с орошением. При усиливающейся диспропорции между нарастанием листового аппарата и процессом усвоения солнечной энергии уменьшается продуктивность фотосинтеза.

Мы установили высокую корреляционную зависимость уровня нарастания биомассы от фотосинтетического потенциала (r = 0,76) и максимальной площади листовой поверхности (r = 0,58). На вариантах внесения удобрения агроценозы сортов выделялись высокими показателями фотосинтетической активности (табл. 3).

Таблица 3. Влияние доз удобрения на показатели фотосинтеза различных сортов сои в условиях орошения

Сорт	Варианты опыта		Показатели
	Программи­руемый урожай, т/га	NPK, кг д. в./га	Максималь­ные площади листовой поверхности, тыс. м2/га	Фотосинте­тический потенциал, млн м2 × дней/га	Чистая продуктив­ность фотосинтеза, г/м2	Сумма приростов сухой биомассы, т/га	Доля зерна в общей биомассе, %
ВНИИОЗ 86	—	Контроль, без удобрений	54,8	2	11,3	17	14,7
	2,5	56	62,9	2,1	6,1	14,1	21,9
	3,5	90	56,8	2,3	6,5	14,4	21,8
	4,5	112	64,3	2,5	6	16,4	22,9
Волгоградка 2	—	Контроль, без удобрений	62,9	2,5	5,3	15,3	16,6
	2,5	56	61,5	2,4	5,4	16,6	19,6
	3,5	90	72,6	2,7	5,7	17,1	21,6
	4,5	112	70,8	2,9	6,3	19,3	21,9
ВНИИОЗ 31	—	Контроль, без удобрений	61,7	2,6	6,7	17,6	14,2
	2,5	56	77,9	2,7	8,2	21,2	15,5
	3,5	90	74,7	2,8	7,5	20,6	18,2
	4,5	112	80,2	3,4	6,2	20,8	19,9
Волгоградка 3	—	Контроль, без удобрений	83,8	3,1	9	20,7	12
	2,5	56	75,2	4,1	7,9	19,2	19,1
	3,5	90	89,4	3	8	19,3	22,4
	4,5	112	87,4	3,3	8,4	21,8	21

Table 3. Effect of fertilizer doses on photosynthesis indicators of soybean cultivars under irrigation

Cultivar	Variant		Indicators
	Programmed yield, t/ha	NPK, kg/ha	Maximum leaf surface area, thousand m2/ha	Photosynthetic potential, million m2×days/ha	Net productivity of photosynthesis, g/m2	Dry biomass increments, t/ha	Share of grain in total biomass, %
VNIIOZ 86	—	Control	54.8	2	11.3	17	14.7
	2.5	56	62.9	2.1	6.1	14.1	21.9
	3.5	90	56.8	2.3	6.5	14.4	21.8
	4.5	112	64.3	2.5	6	16.4	22.9
Volgogradka 2	—	Control	62.9	2.5	5.3	15.3	16.6
	2.5	56	61.5	2.4	5.4	16.6	19.6
	3.5	90	72.6	2.7	5.7	17.1	21.6
	4.5	112	70.8	2.9	6.3	19.3	21.9
VNIIOZ 31	—	Control	61.7	2.6	6.7	17.6	14.2
	2.5	56	77.9	2.7	8.2	21.2	15.5
	3.5	90	74.7	2.8	7.5	20.6	18.2
	4.5	112	80.2	3.4	6.2	20.8	19.9
Volgogradka 3	—	Control	83.8	3.1	9	20.7	12
	2.5	56	75.2	4.1	7.9	19.2	19.1
	3.5	90	89.4	3	8	19.3	22.4
	4.5	112	87.4	3.3	8.4	21.8	21

Наибольшим уровнем нарастания биомассы на высоко удобренных вариантах характеризовались сорта Волгоградка 2 — 17,1…19,3, ВНИИОЗ 31 — 20,6…20,8 и Волгоградка 3 — 19,3…21,8 т/га. Эти же агрофитоценозы выделялись высокой способностью растений накапливать повышенную долю зерна в биомассе по сравнению с неудобренным контролем.

Результаты исследований показали, что повышение активности фотосинтеза способствовало увеличению массы зерна на растении за счет формирования увеличенного количества семян и массы 1000 зерен (табл. 4).

Таблица 4. Влияние доз удобрения на формирование структурных элементов продуктивности у сортов сои в условиях орошения (среднее за 2019–2021 гг.)

Сорт	Варианты опыта		Показатели
	Программи­руемый урожай, т/га	NPK, кг д. в./га	Количество растений перед уборкой, тыс. шт./га	Масса зерен на одном растении, г	Масса 1000 зерен, г	Количество зерна на расте­нии, шт.	Высота прикреп­ления нижнего боба, м
ВНИИОЗ 86	—	Контроль, без удобрений	42,3	5,4	156,7	34,8	0,06
	2,5	56	42,3	6,9	169,3	40,5	0,09
	3,5	90	43,8	7,3	164,7	44,3	0,12
	4,5	112	43,9	8,1	169,0	48,1	0,12
Волгоградка 2	—	Контроль, без удобрений	44,5	5,2	146,7	35,9	0,12
	2,5	56	45,1	6,2	192,7	32,2	0,14
	3,5	90	45,7	7,4	190,7	38,8	0,15
	4,5	112	45,4	8,5	184,7	46,6	0,15
ВНИИОЗ 31	—	Контроль, без удобрений	45,2	5,3	150,2	34,6	0,13
	2,5	56	46,0	7,0	179,4	39,0	0,14
	3,5	90	45,7	7,8	193,0	40,4	0,15
	4,5	112	45,9	8,4	186,6	45,0	0,16
Волгоградка 3	—	Контроль, без удобрений	46,1	5,2	108,0	49,4	0,13
	2,5	56	45,5	7,6	129,3	58,7	0,15
	3,5	90	46,4	8,2	137,3	59,1	0,17
	4,5	112	44,7	9,7	134,0	73,5	0,18

Table 4. Influence of fertilizer doses on formation of structural elements of productivity in soybean cultivars under irrigation, (average for 2019–2021)

Cultivar	Variant		Indicators
	Programmed yield, t/ha	NPK, kg/ha	Number of plants before harvesting, thousand plants/ha	Weight of grains per plant, g	Weight of 1000 grains, g	Grains per plant	Lower bean attachment height, m
VNIIOZ 86	—	Control	42.3	5.4	156.7	34.8	0.06
	2.5	56	42.3	6.9	169.3	40.5	0.09
	3.5	90	43.8	7.3	164.7	44.3	0.12
	4.5	112	43.9	8.1	169.0	48.1	0.12
Volgogradka 2	—	Control	44.5	5.2	146.7	35.9	0.12
	2.5	56	45.1	6.2	192.7	32.2	0.14
	3.5	90	45.7	7.4	190.7	38.8	0.15
	4.5	112	45.4	8.5	184.7	46.6	0.15
VNIIOZ 31	—	Control	45.2	5.3	150.2	34.6	0.13
	2.5	56	46.0	7.0	179.4	39.0	0.14
	3.5	90	45.7	7.8	193.0	40.4	0.15
	4.5	112	45.9	8.4	186.6	45.0	0.16
Volgogradka 3	—	Control	46.1	5.2	108.0	49.4	0.13
	2.5	56	45.5	7.6	129.3	58.7	0.15
	3.5	90	46.4	8.2	137.3	59.1	0.17
	4.5	112	44.7	9.7	134.0	73.5	0.18

Наибольшая семенная продуктивность в среднем на одно растение отмечена на высоком агрофоне сорта Волгоградка 3 — 8,2…9,7 г/р. Меньше всего зерна приходилось на растения сорта ВНИИОЗ 86 — 6,9…7,3 г/р. по сравнению с контролем.

Очень важно обратить внимание на показатель «высота прикрепления нижнего боба». Потери зерна за жаткой комбайна при уровне прикрепления первых бобов на растении ниже 0,15 м достигают 20 % биологического урожая. Наши исследования показали, что орошаемый и хорошо удобренный фон способствует повышению прикрепления нижних бобов агрофитоценоза — до 0,16…0,18 м.

В таких посевах недобор зерна за счет бобов, оставшихся на стерне, составляет 1…5 % от уровня биологической урожайности.

Как показали исследования, скороспелые сорта формируют первые бобы на растениях значительно ниже — 0,06…0,15 м, чем среднеспелые — 0,13…0,18 м. Наименее технологичен к механизированной уборке посев сорта ВНИИОЗ 86. Лучшими показателями пригодности к комбайновой уборке характеризуется сорт Волгоградка 3.

Положительное влияние удобрений на показатели агроценоза сортов сои способствовало значительному росту урожайности по сравнению с неудобренным фоном (табл. 5). Наибольшая урожайность — 3,52…4,27 т/га — получена у сорта Волгоградка 3 в этом опыте. Сорт зарекомендовал себя как перспективный и готовится к передаче в Госсорткомиссию.

Исследования показали, что за счет внесения средних и высоких доз удобрений до 112 кг д. в./га можно существенно поднять урожайность очень скороспелых сортов, таких как ВНИИОЗ 86 — до 3,60 т/га, что достаточно трудно осуществить другими агротехническими приемами.

Таблица 5. Влияние удобрений на урожайность различных сортов сои в условиях орошения (среднее за 2019–2021 гг.)

Сорт	Варианты опыта		Урожайность, т/га	Отклонение от контроля		Прибавка урожая на 1 кг д. в. удобрений, кг
	Программи­руемый урожай, т/га	NPK, кг д. в./га		Абсолютный показатель, т/га	%
Скороспелые сорта
ВНИИОЗ 86	—	Контроль, без удобрений	2,33	—	—	—
	2,5	56	2,97	0,64	27,5	11,4
	3,5	90	3,25	0,92	39,5	10,2
	4,5	112	3,60	1,27	54,5	11,3
Волгоградка 2	—	Контроль, без удобрений	2,4	—	—	—
	2,5	56	2,92	0,52	21,7	9,2
	3,5	90	3,51	1,11	46,3	12,3
	4,5	112	3,96	1,56	65,0	13,9
Среднеспелые сорта
ВНИИОЗ 31	—	Контроль, без удобрений	2,49	—	—	—
	2,5	56	3,26	0,77	30,9	13,7
	3,5	90	3,64	1,15	46,2	12,7
	4,5	112	4,05	1,56	62,7	13,9
Волгоградка 3	—	Контроль, без удобрений	2,48	—	—	—
	2,5	56	3,52	1,04	41,9	18,5
	3,5	90	3,89	1,41	56,9	15,6
	4,5	112	4,27	1,79	72,2	15,9
Фактор А	0,20
Фактор В	0,23
Воздействие АВ	0,23

Table 5. Effect of fertilizers on soybean yield under irrigation, (average for 2019–2021)

Cultivar	Variant		Productivity, t/ha	Deviation from control		Yield increase per 1 kg of fertilizer, kg
	Programmed yield, t/ha	NPK, kg/ha		Absolute indicatoк, t/ha	%
Early maturing cultivars
VNIIOZ 86	—	Control	2.33	—	—	—
	2.5	56	2.97	0.64	27.5	11.4
	3.5	90	3.25	0.92	39.5	10.2
	4.5	112	3.60	1.27	54.5	11.3
Volgogradka 2	—	Control	2.4	—	—	—
	2.5	56	2.92	0.52	21.7	9.2
	3.5	90	3.51	1.11	46.3	12.3
	4.5	112	3.96	1.56	65.0	13.9
Mid-season cultivars
VNIIOZ 31	—	Control	2.49	—	—	—
	2.5	56	3.26	0.77	30.9	13.7
	3.5	90	3.64	1.15	46.2	12.7
	4.5	112	4.05	1.56	62.7	13.9
Volgogradka 3	—	Control	2.48	—	—	—
	2.5	56	3.52	1.04	41.9	18.5
	3.5	90	3.89	1.41	56.9	15.6
	4.5	112	4.27	1.79	72.2	15.9
Factor A	0.20
Factor В	0.23
Impact АВ	0.23

Прибавка урожая на 1 кг д. в. внесенных удобрений у более скороспелых сортов ВНИИОЗ 86 и Волгоградки 2 возрастает пропорционально дозе, у более позднего сорта Волгоградка 3 — снижается. Поэтому у ранних сортов целесообразно применение высоких доз удобрений, у среднеспелых — лучше рационально использовать дозы удобрений, окупающиеся высокими прибавками урожая на 1 кг д. в. удобрений — 15,6…18,5 кг.

Заключение

Наши исследования, направленные на изучение зерновой продуктивности сортов оригинальной селекции ФГБНУ ВНИИОЗ в посевах с орошением, использованием удобрений и выбором лучших из них с учетом экономии природных и антропогенных ресурсов, весьма актуальны. За период 2019–2021 гг. наблюдения утверждают с большей долей вероятности, что коэффициент рационального потребления поливной воды многократно возрастает в годы, которые описываются гидротермическим показателем ГТК₀₂ на уровне 76,5 % (3849 м³/га) в сравнении с более влажным годом, где ГТК₀₅ равняется 55,1 % (2249 м³/га). Минимальным расходом оросительной воды на создание хорошо выполненного зерна сои выделяются ранние сорта (1549…3249 м³/га) в сравнении со среднеранними сортами (2249…3849 м³/га). По признаку затрат на поливную воду наиболее экономически востребованным оказался новый сорт Волгоградка 2 (в списке Госреестра с 2020 г.) при значении водопотребления — 1136 м³/га. Отобраны самые продуктивные делянки с внесением удобрений, направленных на получение 4,5 т/га зерна, — 4,27 т/га (в сравнении с вариантами без применения удобрений — 2,48 т/га) у сорта Волгоградка 3. Этот высокопродуктивный сорт готовится к передаче в Госсорткомиссию.

Об авторах

Владимир Васильевич Толоконников

Всероссийский НИИ орошаемого земледелия

Автор, ответственный за переписку.
Email: tolokonnikov@vniioz.ru
ORCID iD: 0000-0001-5457-0947

доктор сельскохозяйственных наук

Российская Федерация, 400002, г. Волгоград, ул. Тимирязева, д. 9

Любовь Васильевна Вронская

Всероссийский НИИ орошаемого земледелия

Email: vronskaya-l@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7753-9229

младший научный сотрудник

Российская Федерация, 400002, г. Волгоград, ул. Тимирязева, д. 9

Светлана Александровна Агапова

Всероссийский НИИ орошаемого земледелия

Email: sveta-sxi@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-5159-6578

младший научный сотрудник

Российская Федерация, 400002, г. Волгоград, ул. Тимирязева, д. 9

Список литературы