Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Устойчивое развитие отрасли растениеводства, кормопроизводства и животноводства – одно из направлений государственной политики для обеспечения продовольственной безопасности. Данное развитие невозможно без решения одной из важнейших задач АПК – увеличения производства кормов, улучшения их качества и энергонасыщенности [1]. Совместно с экологическими подходами интенсификации растениеводства необходимо учитывать ресурсные и биоэнергетические аспекты селекции и возделывания кукурузы [2]. Вещество, синтезируемое растениями, находится в основании пищевой пирамиды природы и человека. При этом наибольшая продуктивность зеленой массы и зерна формируется у растений с типом фотосинтеза С4 (кукуруза) [3]. С учетом того, что до 70 % сельскохозяйственных площадей используется для производства кормов для обеспечения требований животноводства, исключительную роль играет повышение биоэнергетической эффективности выращивания сельскохозяйственной продукции. В современных реалиях организации аграрного производства наряду с экономической оценкой уделяют большое внимание биоэнергетическим параметрам оценки эффективности возделывания полевых культур [4]. Энергосберегающие гибриды кукурузы, обладающие устойчивостью к биотическим и абиотическим стрессорам, оптимальным индексом урожая, расположением листьев, сочетающие в себе пригодность к конструированию агрофитоценозов с высокой производительностью и длительной активностью фотосинтетической поверхности, являются основой биоэнергетического направления в селекции [5]. Подбор адаптированных гибридов определяется зависимостью урожайности и биохимического состава зерна кукурузы. Потенциал современных селекционных достижений может быть максимально освоен при использовании районированных гибридов, адаптированных к определенным регионам [6]. Значения показателей биоэнергетической эффективности возделывания служат критерием отбора гибридов кукурузы для использования в производстве. Количественные параметры энергетической эффективности, связанные с оценкой соотношения количества энергии, накопленной растениями, с затратами антропогенной энергии, позволяют выделить наиболее энергоресурсосберегающие варианты (сорт, гибрид) [7].

Цель работы – провести сравнительную оценку биоэнергетической эффективности производства зерна различных гибридов кукурузы в умеренно засушливых условиях Саратовской области.

Материалы и методы исследования

Эксперимент закладывался на селекционном участке ФГБНУ РосНИИСК «Россорго». Климат региона характеризуется как резко континентальный. Почва опытного участка – чернозем южный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый. В пахотном слое содержание гумуса (по Тюрину) составляет 3,80–4,60 %, общего азота – 0,17–0,22 %, валового фосфора – 0,11–0,14 %, калия – 1,10–1,38 %. Плотность почвы составляет 1,20–1,32 г/см3, наименьшая влагоемкость (НВ) слоя 0–30 см – 101,1 мм, слоя 0–100 см – 295,6 мм. В эксперимент включены 15 гибридов, созданных в селекцентрах – участниках Координационного совета по селекции и семеноводству кукурузы и включенных в Госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию в РФ. Повторность – трехкратная. Учетная площадь делянки 7,7 м2; длина делянки 5,5 м. Густота стояния растений – 45 тыс. растений/га. Агротехника в опыте – зональная, разработанная в ФГНУ РосНИИСК «Россорго». Учеты, наблюдения, математическую обработку проводили по соответствующим методикам [8–10]. Селекционный индекс определяли по методике В.С. Сотченко как результат деления урожайности гибрида на уборочную влажность зерна [11]. Показатели качества зерна определяли согласно принятым методикам: сырой протеин – ГОСТ 10846-91 (прибор Kjeltec 2100); сырой жир – ГОСТ 1349615-97; сырая зола – ГОСТ 26226-95; клетчатка – ГОСТ 13946.2-91; БЭВ – расчетным способом. Выход общей валовой энергии с зерном по биохимическому составу проводили в соответствии с содержанием в 1 г питательных веществ (протеин – 23,597 кДж, жир – 39,649 кДж, клетчатка – 17,585 кДж, БЭВ – 16,957 кДж) [12].

Результаты исследования и их обсуждение

Оценка гибридов по хозяйственно важным признакам позволила выявить параметры статистической обработки данных (табл. 1). Анализируя коэффициенты асимметрии и эксцесса по урожайности зерна, содержания в зерне питательных веществ, следует сделать вывод о нормальном распределении в выборке, что позволяет оптимально отобрать гибрид исходя из полученных фактических результатов. Варьирование урожайности зерна по годам наблюдалось в следующих пределах: 2017 г. – 3,08–5,38 т/га, 2018 г. – 2,40–5,33 т/га, 2019 г. – 2,32–5,66 т/га. Ранжирование материала по средней урожайности зерна позволило выделить формы с наибольшей урожайностью зерна: Неон 147 МВ (4,93 т/га), РНИИСК-1 (4,29 т/га), Байкал (4,51 т/га), Машук 171 МВ (4,64 т/га), Машук 175 МВ (4,57 т/га), Катерина (4,49 т/га). Диапазон значений уборочной влажности зерна составил: в 2017 г. – 17,1–29,1 %, в 2018 г. – 13,5–16,7 %, в 2019 г. – 14,5–20,2 %. Относительно малое количество влаги в зерне перед уборкой (менее 19 %) зафиксировано у следующих форм: Кубанский 101 СВ (18,7 %), РНИИСК-1 (18,0 %), Нур (17,8 %), Биляр (18,9 %), Байкал (18,1 %), Машук 170 МВ (18,8 %). Таким образом, чтобы довести зерно данных селекционных достижений до кондиционной влажности, потребуется наименьшее количество энергетических и материальных затрат.

Наряду с уровнем продуктивности в процессе селекционной работы определяется селекционный индекс [10], который рассчитывается по формуле Си = У/В, где Си – селекционный индекс, У – урожайность зерна при 14 % влажности (ц/га), В – влажность зерна при уборке (%). Оценка гибридов по селекционному индексу позволяет выделить наиболее эффективные формы, формирующие максимальную урожайность зерна при наименьших затратах на досушку: Неон 147 МВ (2,5), РНИИСК-1 (2,4), Байкал (2,5), Машук 171 МВ (2,4).

В структуре биоэнергетического направления селекции важная роль отводится определению биохимического состава семян, так как энергетическая ценность питательных веществ сильно различается. Оценка биохимического состава позволила определить степень вариации и параметры статистической обработки данных (табл. 2). Коэффициенты вариации указывают на низкое различие между гибридами по содержанию в зерне протеина, жира, золы, БЭВ. Средняя степень коэффициента вариации выявлена по содержанию клетчатки. Отмечены средние значения и диапазоны колебания показателей биохимического состава в зерне: протеин – 8,83–10,40 % (9,68 %), жир – 3,98–5,43 % (4,70 %), клетчатка – 1,75–3,04 % (2,48 %), зола – 1,11–1,45 % (1,22 %), БЭВ – 80,51–83,28 % (81,92 %) (рис. 1).

Таблица 1

Урожайность и уборочная влажность зерна гибридов кукурузы, среднее за 2017–2019 гг.

Таблица 2

Параметры статистической оценки содержания питательных веществ, среднее за 2017–2019 гг.

Рис. 1. Биохимический состав зерна гибридов кукурузы, среднее 2017–2019 гг.

Анализ результатов указывает на то, что основной вклад (82,0 %) в урожайности питательных веществ состоит из сбора безазотисто-экстрактивных веществ (табл. 3). Роль остальных биохимических веществ в урожае зерна кукурузы в среднем составила: протеина – 9,7 %, жира – 4,7 %, клетчатки – 2,5 %, золы – 1,2 %. Параметры валового сбора питательных веществ с зерном в среднем колебались в следующих границах: протеина – 221,6-429,9 кг/га, жира – 124,2–197,3 кг/га, клетчатки – 46,7–127,6 кг/га, золы – 32,9–56,3 кг/га, БЭВ – 2072,5–3431,4 кг/га. В 2017–2019 гг. высоким урожаем протеина характеризовались следующие гибриды: Неон 147 МВ (429,9 кг/га), РНИИСК-1 (375,6 кг/га), Байкал (406,6 кг/га), Машук 170 МВ (369,3 кг/га), Машук 175 МВ (384,0 кг/га). Лучшие параметры выхода жира сформировались у гибридов Неон 147 МВ (196,3 кг/га), Байкал (190,5 кг/га), Машук 170 МВ (197,3 кг/га), Машук 175 МВ (181,6 кг/га), РНИИСК 1 (170,5 кг/га).

Таблица 3

Выход питательных веществ с зерном гибридов кукурузы, ГДж/га

Рис. 2. Выход валовой энергии по полезному веществу гибридов кукурузы, ГДж/га

Скрининг изучаемого материала по биохимическому составу зерна позволяет исследователю определить общий выход валовой энергии с зерном (табл. 2). Выход валовой энергии (в среднем за 2017–2019 гг.) варьирует от 46,6 ГДж/га до 78,4 ГДж/га. При таком подходе, наибольшую долю в энергетической ценности занимает количество безазотистых экстрактивных веществ: 35,1–58,2 ГДж/га. Доля количества протеина составляет 5,2–10,1 ГДж/га, жира 5,4–7,8 ГДж/га, клетчатки 0,8–2,2 ГДж/га. Наибольшим выходом валовой энергии (более 70,0 ГДж/га) с урожаем зерна отличились гибрид: Неон 147 МВ, Байкал, Машук 171 МВ, Машук 175 МВ, Катерина СВ (рис. 2).

Таблица 4

Оценка энергетической эффективности производства зерна кукурузы в условиях Саратовской области, среднее за 2016–2019 гг.

При одинаковых способах выращивания затраты совокупной энергии на единицу площади у гибридов кукурузы колеблются в небольших пределах. Эти вариации в основном формируются разницей в энергозатратах на уборку и первичную доработку зерна, что зависит от урожайности и влажности зерна перед уборкой. Анализ параметров энергетической оценки производства зерна указывает на гибриды с лучшими оценками параметров энергетической эффективности: Неон 147 МВ (qi = 2,61), Байкал (qi = 2,44), Машук 171 МВ (qi = 2,46), Машук 175 МВ (МВ (qi = 2,43). Данные формы характеризовались и более низкими затратами энергии на производство 1 т зерна – 7,1–7,6 ГДж/т при 8,5 ГДж/т в среднем по гибридам (табл. 4). При этом коэффициент энергетической эффективности у гибридов, принятых в качестве стандартов в экологических сортоиспытаниях в селекцентрах – участниках Координационного совета оказался ниже: Росс 140 СВ (qi = 2,07), Машук 150 МВ (qi = 1,78), Катерина СВ (qi = 2,38).

Заключение

Результаты эксперимента позволили выделить гибриды с максимально высоким сбором валовой энергии: Неон 147 МВ (78,4 ГДж/га), Байкал (71,9 ГДж/га), Машук 171 МВ (73,3 ГДж/га), Машук 175 МВ (72,6 ГДж/га), Катерина СВ (70,8 ГДж/га) и сырого протеина: Неон 147 МВ (409,5–589,7 кг/га), РНИИСК-1 (418,0–452,3 кг/га), Байкал (437,6–516,0/га), Машук 170 МВ (386,2–512,4 кг/га), Машук 175 МВ (405–485,9 кг/га). Отмечены гибриды с максимальным выходом зерна (0,12 т) при затрате 1 ГДж энергии: Неон 147 МВ, Байкал, Машук 171 МВ, Машук 175 МВ. Повышение биоэнергетической эффективности при производстве зерна возможно при увеличении в посевных площадях доли раннеспелых форм, формирующих малое количество влаги в зерне перед уборкой, что обеспечивает сокращение материальных затрат на послеуборочную доработку продукции. Селекцию новых гибридов кукурузы следует направить на увеличение в зерне протеина, а также на снижение содержания клетчатки. Повышение урожайности и качества зерна, при одновременном снижении уборочной влажности является основой биоэнергетического направления селекции и создания энергосберегающих и энергетически эффективных сортов и гибридов кукурузы.