В Нечерноземной зоне России более 60 млн га занимают низкоплодородные кислые почвы, которые негативно влияют на формирование урожайности сельскохозяйственных культур [1]. В условиях кислой почвенной среды, особенно с повышенным содержанием ионов Al+3, недобор урожая может составить до 80 % [2]. Большие площади низкоплодородных земель (более 70 %) находятся в Северо-Восточном регионе РФ. В Кировской области их свыше 80 %, из них третья часть – сильнокислые с рН < 4,5 [3].
Создание толерантных сортов, наряду с известкованием почвы, является одним из рациональных путей снижения токсичности повышенной кислотности. Теоретическое обоснование селекции на алюмо-кислотоустойчивость в нашей стране подтверждено исследованиями Э.Л. Климашевского [4]. В ФАНЦ Северо-Востока создан и включен в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации, первый алюмотолерантный сорт ячменя Новичок [5], что подтверждает перспективность селекции в этом направлении.
Наши исследования по созданию кислотоустойчивых сортов озимой ржи начаты в конце 1980-х гг. [6]. Использованы естественные провокационные почвенные фоны и современные методы эдафической селекции [7].
Цель исследования: выявить влияние алюмокислого стресса на урожайность и основные показатели продуктивности районированных и перспективных сортов озимой ржи.
Материалы и методы исследования
Исследования проведены на 10 внесенных в Государственный реестр селекционных достижений и перспективных сортах озимой ржи селекции ФАНЦ Северо-Востока в течение 2010–2016 гг. Почва опытных участков дерново-подзолистая среднесуглинистая. Предшественник – чистый пар. Агрохимическая характеристика питомника с нейтральным типом почв: содержание гумуса – 2,43–3,56 %; содержание подвижного фосфора – 334–349 мг/кг; обменного калия – 232–304 мг/кг почвы; pH солевой вытяжки – 5,0–5,4. Характеристика опытного алюмокислого участка: содержание ионов Al3+ – 25,5–26,7 мг/100 г почвы; подвижного фосфора – 72–108 мг/кг; обменного калия – 78–100 мг/кг почвы; pH солевой вытяжки – 3,66–3,78.
Изучение сортов проведено по схеме рендомизированных блоков, в шестикратной повторности с нормой высева 6 млн всхожих семян на 1 га, учетная площадь делянки – 10 м2. Погодные условия в годы исследований различались во все периоды вегетации растений, что позволило объективно оценить реакцию сортов на алюмо- и кислотоустойчивость.
Статистическая обработка результатов исследований проведена методами дисперсионного и корреляционного анализов с использованием Пакета программ статистического и биометрико-генетического анализа в растениеводстве и селекции AGROS (версия 2.07.), Microsoft Office Excel, а также в соответствии с методикой Б.А. Доспехова (1979) [8].
Результаты исследования и их обсуждение
Изучались районированные и перспективные сорта селекции ФАНЦ Северо-Востока: Флора, Рада, Кипрез, Кировская 89, Графиня, Рушник, Сармат, Батист, Ниоба. Сравнение показателей проводили с высокозимостойким, кислотоустойчивым стандартом Фаленская 4.
Средняя урожайность сортов по годам зависела от гидротермических условий и варьировала на нейтральном по кислотности фоне от 3,95 до 5,86 т/га, а в условиях алюмокислого стресса – от 2,17 до 3,60 т/га (рис. 1).
Рис. 1. Урожайность сортов озимой ржи на разных почвенных фонах
Степень урожайности значительно зависела от складывающихся условий осенне-зимней вегетации и весеннего развития растений. В условиях эдафического стресса на гидротермические условия накладывается негативное действие повышенной кислотности почвы, что привело к снижению урожайности в среднем за годы изучения на 37,5 %. Но определенную зависимость показателя урожайности на обычном фоне и степени его депрессии на провокационном выявить затруднительно, сказывается влияние погодных условий. Максимальная средняя урожайность изучаемых сортов на нейтральной почве получена в благоприятных 2011 г. (5,86 т/га) и 2012 г. (5,70 т/га). При этом снижение показателя на варианте эдафического стресса было наибольшим и составило в 2011 г. – 53,4 %; в 2012 г. – 43,5 %. Наименьшее снижение урожайности отмечено в 2013 г. (10,9 %) и 2015 г. (18,5 %).
В табл. 1 представлены показатели выравненности урожайности по годам. Отсутствие стрессового фактора обусловило бóльшую выравненность урожайности изучаемых сортов. Коэффициент вариации признака изменялся от 7,2 до 25,5 %.
Таблица 1
Варьирование урожайности сортов ржи в зависимости от почвенных условий
|
Почвенный фон |
Коэффициент вариации, CV % |
||||||
|
2010 г. |
2011 г. |
2012 г. |
2013 г. |
2014 г. |
2015 г. |
2016 г. |
|
|
Провокационный |
21,1 |
27,1 |
36,9 |
25,1 |
27,9 |
18,6 |
41,2 |
|
Нейтральный |
18,2 |
10,9 |
7,2 |
15,3 |
25,5 |
10,4 |
12,7 |
В благоприятных условиях 2012 г. разброс по величине урожайности был минимальным (CV = 7,2 %). Тогда в период возобновления весенней вегетации происходило интенсивное таяние снега, а теплая погода способствовала активной регенерации растений. Наибольшее варьирование урожайности (CV = 25,5 %) наблюдалось в 2014 г. Осенние условия закалки осенью 2013 г. характеризовались нестабильностью гидротермического режима, снижением содержания сахаров в узлах кущения растений на 2 % по сравнению с другими годами и повреждением посевов шведской мухой до 9,2 %. К тому же весной отмечен затяжной период таяния снегового покрова и 100 %-ное поражение посевов снежной плесенью (M. nivale). В результате чего снизилась зимостойкость сортов, как основной показатель урожайности.
Условия эдафического стресса способствовали градации сортов по устойчивости к экстремальным факторам. Сортовая вариация урожайности по годам изменялась от 18,6 до 41,2 %. Четкая сортовая дифференциация по признаку алюмо- и кислототолерантности зафиксирована в благоприятный по развитию 2012 г., когда эдафический стресс был основным негативным фактором развития растений.
Анализ морфо-биологических признаков установил, что повышенная кислотность почвы отрицательно влияет на основные параметры урожайности сортов озимой ржи. На кислом фоне усиливается поражение посевов снежной плесенью [9], регенерационная способность растений ослабевает, зимостойкость снижается на 30,4 %. (табл. 2). Это явилось главной причиной низкой урожайности в опыте. В условиях северного земледелия толерантность сортов к поражению снежной плесенью и активная регенерация после поражения являются важнейшими факторами обеспечения стабильной урожайности озимой ржи.
Таблица 2
Влияние почвенного стресса на морфо-биологические показатели сортов озимой ржи, 2010–2016 гг.
|
Показатели |
Фоны |
Степень депрессии, % |
|
|
нейтральный |
провокационный |
||
|
Урожайность, т/га |
4,67 |
2,92 |
37,5 |
|
Зимостойкость, % |
71,6 |
49,8 |
30,4 |
|
Устойчивость к полеганию, балл |
7,5 |
8,1 |
|
|
Высота стебля, см |
120,4 |
110,8 |
8,0 |
|
Количество продуктивных стеблей на 1 м2, шт. |
463 |
316 |
31,8 |
|
Продуктивная кустистость, шт. |
4,5 |
3,2 |
28,9 |
|
Длина колоса, см |
11,0 |
10,6 |
3,6 |
|
Количество колосков в колосе ,шт. |
36,9 |
33,0 |
10,6 |
|
Озерненность, % |
82,3 |
77,2 |
6,2 |
|
Масса 1000 зерен, г |
29,3 |
31,3 |
– |
Изучение морфологических составляющих продуктивности генотипов озимой ржи показало, что эдафический стресс приводит к снижению кущения растений на 28,9 %, изреживанию стеблестоя в зимне-весенний период и снижению продуктивного стеблестоя на 31,8 %. Параметры колоса изменились незначительно. Крупность зерна повысилась на 2 г благодаря большей разреженности посевов и пониженной продуктивной кустистости. Полегаемость сортов снизилась по причине уменьшения высоты растений и снижения продуктивного стеблестоя на единице площади.
В результате исследований выявлены существенные межсортовые различия толерантности к эдафическому стрессу (рис. 2).
Рис. 2. Урожайность сортов озимой ржи на разных почвенных фонах (2010–2016 гг.)
Оценка средней урожайности сортов на двух почвенных фонах выявила более устойчивые к алюмокислому стрессу сорта Фаленская 4, Флора, Рушник, Графиня, Рада и Кипрез, снижение их урожайности составило 26,8–36,8 %. Выделены сорта с повышенной (41,4–52,5 %) депрессией урожайности в условиях провокационного фона (Кировская 89, Батист, Ниоба, Сармат).
Основным критерием оценки на кислото- и алюмотолерантность является сравнение урожайности изучаемых сортов с высокозимостойким, адаптивным и кислотоустойчивым стандартом Фаленская 4 [10]. Из представленного сортимента сорта Флора, Рада и Кипрез в среднем за годы изучения превысили стандарт на 0,24–0,57 т/га (табл. 3). Для внедрения сортов в производство ценным является то, что данные сорта проявили стабильность в период изучения, достоверно превышая стандарт по урожайности или практически находясь на его уровне. Наибольшей стабильностью характеризовался сорт Кипрез. Данный сорт в 2016 г. передан на государственное сортоиспытание для возделывания на низкоплодородных кислых почвах.
Таблица 3
Урожайность сортов озимой ржи в стрессовых условиях в сравнении со стандартом Фаленская 4
|
Сорт |
Годы исследований |
|||||||
|
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
2016 |
Сред. |
|
|
Урожайность на провокационном фоне, т/га |
||||||||
|
Фаленская 4 – стандарт |
2,76 |
2,20 |
3,58 |
4,08 |
2,60 |
3,61 |
3,37 |
3,17 |
|
Отношение к стандарту, т/га ± |
||||||||
|
Флора |
+1,04 |
+1,52 |
+0,92 |
+0,37 |
+0,14 |
+0,09 |
–0,06 |
+0,57 |
|
Рада |
+0,48 |
+1,74 |
–0,03 |
+0,18 |
+0,17 |
–0,20 |
–0,11 |
+0,32 |
|
Кипрез |
+0,64 |
+0,18 |
+0,09 |
–0,06 |
+0,32 |
+0,27 |
+0,26 |
+0,24 |
|
Рушник |
+0,64 |
+0,70 |
+0,78 |
–0,01 |
0 |
–0,49 |
–1,33 |
+0,04 |
|
Графиня |
+0,40 |
+1,02 |
–0,11 |
+0,59 |
+0,06 |
–0,32 |
–1,63 |
0 |
|
Батист |
–0,10 |
–0,56 |
+0,13 |
–1,90 |
–0,37 |
+0,40 |
–0,05 |
–0,35 |
|
Ниоба |
–0,08 |
+0,50 |
–0,42 |
–1,23 |
–0,92 |
–0,32 |
–2,14 |
–0,66 |
|
Кировская 89 |
–0,64 |
–0,26 |
–0,63 |
–1,36 |
–1,31 |
–0,51 |
–0,99 |
–0,81 |
|
Сармат |
–0,94 |
+0,50 |
–2,29 |
–1,43 |
–1,36 |
–1,80 |
–2,66 |
–1,42 |
|
НСР05 |
0,24 |
0,27 |
0,48 |
0,59 |
0,14 |
0,27 |
0,23 |
– |
Урожайность сорта Графиня по средним значениям находится на уровне стандарта Фаленская 4, однако характеризуется нестабильностью формирования по годам: от достоверного снижения (2015, 2016 гг.) до значительного превышения (2010, 2011, 2013 гг.). Аналогичная реакция на эдафический стресс отмечена у сорта Рушник.
Заключение
Сравнительное испытание сортов озимой ржи на нейтральном и провокационном почвенных фонах, изучение морфологических составляющих их продуктивности показало, что урожайность сортов в условиях эдафического стресса уменьшается за счет понижения зимостойкости и весенней регенерации растений после поражения снежной плесенью, снижения кущения и продуктивной кустистости.
Доказана межсортовая вариабельность устойчивости к кислым почвам. Сорта Флора, Рада и Кипрез, имеющие превосходство по урожайности на 0,24–0,57 т/га относительно кислотоустойчивого сорта Фаленская 4, являются источниками кислото- и алюмоустойчивости для использования в селекционных программах регионов страны. По результатам оценки сорт Кипрез передан на государственное сортоиспытание сельскохозяйственных культур