Влияние агроклиматических условий на урожайность и качественные показатели коллекционных образцов сои в условиях Среднего Приамурья

Полный текст

Введение

Соя (Glycine max Merr.) – самая известная в мире белково-масличная культура, имеющая крайне широкий спектр применения. История выращивания сои – это история адаптации вида в условиях различных режимов увлажнения, температуры воздуха и почвы, длины дня и других климатических параметров [1]. Соя – влаголюбивое растение муссонного климата. Период от начала цветения до завершения налива семян является наиболее критическим по требованию к обеспечению влагой, в это время необходимо 50–70% суммарного влагопотребления за вегетацию [2]. Дефицит влаги за весь период вегетации приводит к снижению продуктивности растений, а также наименьшему накоплению белка и жира в семенах сои [3]. Значительная доля посевов сои в России расположена в климатических зонах с неблагоприятными для культуры значениями, территория Среднего Приамурья не исключение [4]. Основные параметры, оказывающие непосредственное влияние на культуру: продолжительность периода с температурами выше +10 ℃, сумма эффективных температур, годовые суммы осадков и их сезонное выпадение, а также гидротермический коэффициент [5].

Продуктивность сорта – генетически обусловленный признак, характеризующий его потенциальные возможности. Какой будет реальная урожайность, зависит во многом от агроклиматических условий вегетационного периода. Поэтому всестороннее изучение связей в системе условия среды – урожайность имеет важную научно-практическую значимость. На продуктивность в целом влияют многие факторы, однако наиболее существенны – температура и влагообеспеченность.

Известно, что содержание белка и жира в семенах сои подвержено высокой генотипической и модификационной изменчивости [6]. Качественный состав семян кроме условий выращивания зависит от целого ряда факторов, одним из которых является селекционное улучшение культуры. На современном этапе селекционеры уделяют особое внимание повышению содержания как белка, так и жира в семенах сои. Учитывая все вышеперечисленные факторы, а также агротехнику, для исследования влияния климата на качественные показатели сои необходимо провести анализ именно погодно-климатических зависимостей.

Цель исследования – выявление влияния агроклиматических условий на урожайность и качественные показатели сои в условиях Среднего Приамурья.

Условия, материалы и методы

Исследования проводили в 2022–2023 гг. в селекционном севообороте Дальневосточного научно-исследовательского института сельского хозяйства. Коллекционный питомник в 2022 г. включал 31 сортообразец, в 2023 г. – 40 образцов сои, предоставленных ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н. И. Вавилова» (ВИР), ФГБНУ «Федеральный научный центр агробиотехнологий Дальнего Востока им. А. К. Чайки» и ФГБНУ «Федеральный научный центр Всероссийский научно-исследовательский институт сои». Изучали сортообразцы различного географического происхождения из России, Германии, Канады, Польши, Китая, Швеции и др. В качестве стандартов использовали высокоурожайные белковые сорта хабаровской селекции – Марината и Батя с различными показателями продуктивности.

Почва опытного участка лугово-бурая оподзоленно-глеевая, из-за тяжелого механического состава и низкой водопроницаемости во время обильного выпадения атмосферных осадков быстро переувлажняется. Содержание гумуса в пахотном слое 1,7–2,3% (по Тюрину в модификации ЦИНАО), кислотность солевой вытяжки 3,9 ед. pH; гидролитическая кислотность 4,4–6,6 мг-экв./100 г почвы; Р₂O₅ – 6,0–9,7 мг/100 г; K₂O – 9,0–17,7 мг/100 г абсолютно сухой почвы (по Кирсанову в модификации ЦИНАО).

Сортообразцы высевали вручную на гребнях 70 см в одну строчку, расстояние между растениями в рядке 10 см, площадь делянки 2,8 м², повторность – двухкратная. Уборку осуществляли вручную в фазе технической спелости по мере созревания сортообразцов. Оценку продуктивности и учеты по основным селекционно-хозяйственным признакам проводили согласно методике ВИР, оценивали по 10 растений каждого генотипа.

За два года проведения исследований агрометеорологические условия для роста, развития растений и формирования урожая сои были удовлетворительными. Изменения метеорологических факторов были проанализированы с помощью основных статистических данных (табл. 1).

 

Таблица 1

Изменения метеорологических факторов в годы исследований

Месяц	Метеорологический фактор
	Сумма активных температур, ℃		Сумма осадков, мм		Гидротермический коэффициент
	2022 г.	2023 г.	2022 г.	2023 г.	2022 г.	2023 г.
Май	312,6	386,1	38,8	28,4	1,2	0,7
Июнь	539,7	555,7	74,8	56,2	1,4	1,0
Июль	718,9	701,1	50,0	140,8	0,7	2,0
Август	607,6	642,7	366,0	143,8	6,0	2,2
Сентябрь	426,2	460,9	109,4	52,0	2,6	1,1
Октябрь	32,9	85,1	27,2	2,0	8,3	0,2
Май–октябрь	2637,8	2831,5	666,2	423,2	2,5	1,5

 

Весна в 2022 г. была продолжительной и затяжной. Устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через +10 °С произошел в пределах среднемноголетних сроков – 5 мая. Посев сои провели 18 мая, в оптимальный срок, полные всходы наблюдались 6 июня. Теплообеспеченность летнего периода была в пределах климатической нормы. Осень наступила на 5 дней позже среднемноголетних сроков. Сентябрь был теплый, устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через +15 °С в сторону понижения произошел с 14 сентября. Характерными особенностями осени были резкое кратковременное похолодание и аномальное тепло в сентябре и октябре. Уборка проводилась по мере созревания с 12 сентября по 19 октября.

В 2023 г. весна была ранней и теплой с осадками в пределах среднемноголетнего количества. Устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через +10 °С произошел в пределах среднемноголетних сроков – 2 мая. Посев сои провели в оптимальный срок – 15 мая, полные всходы наблюдались 3 июня. Лето характеризовалось неустойчивым температурным режимом, сменой теплых и холодных воздушных масс, преимущественно сухой погодой в первый месяц. Осень была продолжительной, теплой и сухой, устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через + 15 °С в сторону понижения произошел с 13 сентября. Уборка проводилась по мере созревания – с 6 сентября по 19 октября.

Результаты исследований обработаны методом корреляционного анализа по методике Б. А. Доспехова с использованием пакета прикладных программ Microsoft Excel.

Результаты и их обсуждение

Продолжительность периода вегетации в целом и его отдельных фаз определяются рядом факторов, ключевыми из которых являются генетические, гидротермические условия и специфические для отдельных сортов условия, которые могут ускорить или затормозить наступление очередной фазы вегетации растений [7, 8]. Из гидротермических условий основная роль принадлежит температурному режиму, именно температура является «пусковым» звеном ростовых процессов в зерне и наступления каждой очередной фазы роста и развития растений. Исходя из количества тепла в годы наших исследований продолжительность периода вегетации у коллекционных сортообразцов варьировала в пределах от 93 до 139 дней. В зависимости от продолжительности вегетационного периода изучаемые сорта были распределены на следующие группы спелости: раннеспелая с вегетационным периодом до 100 дней и суммой активных температур 1941...2053 ℃; среднераннеспелая – 101–110 дней и 2065...2175 ℃; среднеспелая – 111–120 дней и 2194...2291 ℃; среднепозднеспелая – 121–130 дней и 2262...2323 ℃; позднеспелая – 131 день и выше 2336...2374 ℃ (табл. 2).

 

Таблица 2

Продолжительность фаз вегетационного периода (2022–2023 гг.), дни

Группа спелости		Продолжительность фазы
		всходы –цветение	цветение –формирование бобов	формирование бобов – налив семян	налив семян – созревание	вегетация
Раннеспелая (12 образцов)	min...max среднее	30...39 32,9	9...15 11,8	7...14 9,0	37...52 44,2	93...100 97,8
Среднераннеспелая (13 образцов)	min...max среднее	33...43 35,6	11...16 13,1	7...16 11,0	42...54 45,7	101...110 105,4
Среднеспелая (7 образцов)	min...max среднее	35...42 38,3	11...18 14,6	9...16 12,0	45...55 50,1	112...119 114,9
Среднепозднеспелая (3 образца)	min...max среднее	35...44 39,1	12...20 15,3	12...16 13,5	56...61 58,5	125...129 126,4
Позднеспелая (7 образцов)	min...max среднее	42...57 50,1	11...22 15,2	8...23 12,4	53...66 57,5	131...139 135,2

 

Разница в сроках прохождения фазы всходов – цветения сортов сои внутри всех групп спелости в среднем за два года составила 9 дней, в сроках фазы цветения – формирования бобов наблюдалась тенденция пропорционального увеличения длины прохождения фазы и разница в среднем составила 7 дней, разница в прохождении фазы формирования бобов – налива семян составила 8 дней, а в сроках фазы налива семян – созревания отмечается тенденция пропорционального сокращения длины прохождения фазы, кроме позднеспелой группы, и разница в среднем составила 11 дней.

Продолжительность вегетационного периода и его отдельных фаз в период роста и развития растений сои – немаловажный показатель, характеризующий ее экологическую пластичность в условиях конкретного региона [7, 9]. Анализируя значения продолжительности вегетационного периода, суммы накопленных активных температур, а также количество выпавших осадков, можно сделать вывод, что важным критерием в формировании высокой урожайности выступают сумма активных температур и количество выпавших осадков в фазы полных всходов – цветения и цветения – формирования бобов (табл. 3).

 

Таблица 3

Корреляционная зависимость урожайности зерна сои от агроклиматических условий по группам спелости в 2022–2023 гг.

Фактор	Группа спелости	Фаза вегетационного периода
		полные всходы – цветение	цветение – формирование бобов	формирование бобов – налив семян	налив семян – созревание
Сумма активных температур за период, ℃	Раннеспелая	0,31	0,41	0,34	–0,33
	Среднераннеспелая	0,61	–0,65	–0,11	0,05
	Среднеспелая	0,42	–0,10	–0,23	–0,29
	Среднепозднеспелая	–0,76	0,94	–0,73	0,86
	Позднеспелая	0,89	0,27	0,28	–0,36
Сумма осадков за период, мм	Раннеспелая	0,31	–0,37	0,36	–0,09
	Среднераннеспелая	0,78	–0,72	0,09	0,38
	Среднеспелая	0,12	–0,11	0,18	0,24
	Среднепозднеспелая	0,76	–0,74	0,88	0,82
	Позднеспелая	0,54	0,78	0,32	–0,32

 

В группе раннеспелых и среднеспелых сортов выявлены как прямые, так и обратные слабые и умеренные связи между исследуемыми факторами и показателями урожайности сортов. В группе среднераннеспелых сортов отмечена заметная прямая связь урожайности и суммы активных температур в фазу полных всходов – цветения (r = 0,61), однако в фазу цветения – формирования бобов сумма активных температур, вероятно, негативно отразилась на завязывании бобов, и корреляция суммы активных температур с урожайностью имела заметную обратную связь (r = –0,65); сумма осадков в этой же группе спелости в корреляционной зависимости с урожайностью в фазу полных всходов – цветения имела высокую прямую связь (r = 0,78), а в фазу цветения – формирования бобов – высокую обратную связь (r = –0,72), что также негативно повлияло на завязываемость бобов. В группе среднепозднеспелых сортов во всех фазах наблюдалась как прямая, так и обратная высокая и весьма высокая корреляционная связь суммы активных температур и суммы осадков с урожайностью сортов. В поздней группе спелости отмечается высокая прямая корреляционная связь в фазу полных всходов – цветения между суммой активных температур и урожайностью (r = 0,89), а также в фазу цветения – формирования бобов между суммой осадков и урожайностью (r = 0,78).

Общеизвестно, что содержание белка и жира в семенах сои напрямую зависит от агроклиматических условий роста и развития растений в определенные фазы вегетационного периода [10]. За время проведения исследования нами было изучено содержание белка в семенах сои в 2022–2023 гг. и содержание жира в семенах сои в 2023 г. (см. рисунок).

 

Процентное содержание белка и жира в семенах сои в среднем за 2022–2023 гг.

 

Различие накопления белка и жира в семенах сои разных групп спелости можно трактовать, исходя из особенностей влияния агроклиматических условий на растения в период их роста и развития [11]. Накопление белка в семенах сои начинается на 10–15 дней раньше, чем накопление жира [1]. У сортов раннеспелой группы период налива семян значительно укорочен, и ткани семядолей, как правило, успевают накопить значительное количество белка, но не полностью реализовать свой масличный потенциал. Однако за период проведения исследований образцы ранней группы спелости показали низкий процент накопления белка, но при этом высокий процент накопления масла в семенах сои. Сорта среднеранней и средней групп спелости вступают в фазу формирования бобов – налива семян и налива семян – созревания в условиях с меньшими температурами и более обильным увлажнением, поэтому содержание масла остается в среднем диапазоне, пропорционально этому содержание белка в семенах несколько сокращается. У образцов среднепоздней и поздней групп спелости идущие на спад температуры сентября–октября снижают накопление масла, при этом содержание белка увеличивается.

Согласно проведенным исследованиям корреляционных зависимостей содержания белка в семенах сои и агроклиматических условий в основные фазы роста и развития растений, наибольшее влияние на содержание белка в семенах сои оказывал тепловой режим (табл. 4).

 

Таблица 4

Корреляционная зависимость содержания белка в семенах сои от агроклиматических условий по группам спелости

Фактор	Группа спелости	Коэффициенты корреляции (r) по фазам вегетационного периода
		полные всходы – цветение	цветение – формирование бобов	формирование бобов – налив семян	налив семян – созревание
Сумма активных температур за период, ℃	Раннеспелая	0,19	–0,37	–0,06	0,01
	Среднераннеспелая	–0,35	0,18	0,44	0,19
	Среднеспелая	0,03	–0,18	–0,93	0,41
	Среднепозднеспелая	0,27	–0,97	0,23	–0,42
	Позднеспелая	0,34	0,69	0,34	–0,40
Сумма осадков за период, мм	Раннеспелая	0,12	–0,12	–0,14	0,09
	Среднераннеспелая	–0,33	0,33	–0,06	–0,11
	Среднеспелая	–0,52	0,21	–0,58	0,70
	Среднепозднеспелая	–0,27	0,24	–0,99	–0,35
	Позднеспелая	–0,15	0,54	0,45	–0,32

 

Анализ корреляционной зависимости содержания белка в семенах сои от суммы активных температур в раннеспелой группе выявил слабые и умеренные, прямые и обратные связи этих показателей. В среднераннеспелой группе умеренная прямая связь отмечена в фазу формирования бобов – налива семян (r = 0,44). В среднеспелой группе выявлена весьма высокая обратная связь в фазу формирования бобов – налива семян (r = –0,93), что говорит о негативном воздействии высоких температур на накопление белка в семенах сои в эту фазу роста. Данная тенденция отмечена и в фазу цветения – формирования бобов у среднепозднеспелой группы (r = –0,97). В позднеспелой группе наблюдается заметная прямая связь в фазу цветения – формирования бобов (r = 0,69).

Анализ корреляционной зависимости содержания белка в семенах сои от суммы осадков в ранней и среднеранней группах спелости выявил как слабые, так и умеренные, прямые и обратные связи данных показателей. В среднеспелой группе в фазу полных всходов – цветения и фазу формирования бобов – налива семян выявлены заметные обратные связи r = –0,52 и r = –0,58 соответственно, однако в фазу налива семян – созревания отмечена высокая прямая связь исследуемых показателей (r = 0,70). В среднепозднеспелой группе выявлена весьма высокая обратная связь в фазу формирования бобов – налива семян (r = –0,99). Это говорит о недостаточном увлажнении в данную фазу роста и развития растений, что пагубно отразилось на завязываемости бобов. В позднеспелой группе наблюдается заметная прямая связь показателей в фазу цветения – формирования бобов (r = 0,54).

В результате проведения корреляционного анализа содержания жира в семенах сои в зависимости от агроклиматических условий в основные фазы роста и развития растений выявлено, что и сумма активных температур, и сумма осадков в равной мере оказывали как положительное, так и отрицательное влияние на содержание жира в семенах сои (табл. 5).

 

Таблица 5

Корреляционная зависимость содержания жира в семенах сои от агроклиматических условий по группам спелости

Фактор	Группа спелости	Фаза вегетационного периода
		полные всходы – цветение	цветение – формирование бобов	формирование бобов – налив семян	налив семян – созревание
Сумма активных температур за период, ℃	Раннеспелая	–0,25	0,15	–0,25	0,35
	Среднераннеспелая	0,06	0,05	0,07	–0,19
	Среднеспелая	–0,50	0,63	0,24	–0,55
	Среднепозднеспелая	–0,99	0,22	–0,22	–0,02
	Позднеспелая	0,19	–0,79	–0,46	0,52
Сумма осадков за период, мм	Раннеспелая	–0,33	0,24	0,01	0,08
	Среднераннеспелая	0,02	0,01	0,28	0,06
	Среднеспелая	–0,69	0,66	0,34	–0,48
	Среднепозднеспелая	–0,88	0,85	–0,85	–0,02
	Позднеспелая	0,28	–0,59	–0,49	0,56

 

Анализ корреляционной зависимости содержания жира в семенах сои от суммы активных температур в раннеспелой и среднераннеспелой группе выявил слабые и умеренные прямые и обратные связи этих показателей. В среднеспелой группе заметные обратные связи наблюдались в фазу полных всходов – цветения (r = –0,50) и в фазу налива семян – созревания (r = –0,55), однако в фазу цветения – формирования бобов отмечается заметная прямая связь показателей (r = 0,63). В группе среднепозднеспелых сортов наблюдается весьма высокая обратная связь показателей в фазу полных всходов – цветения (r = –0,99). В группе позднеспелых сортов выявлена высокая обратная связь в фазу цветения – формирования бобов (r = –0,79) и заметная прямая связь в фазу налива семян – созревания (r = 0,52).

Анализ корреляционной зависимости содержания жира в семенах сои от суммы осадков в ранней и среднеранней группе спелости выявил как слабые, так и умеренные прямые и обратные связи данных показателей. В средней группе спелости наблюдалась заметная обратная связь в фазу полных всходов – цветения (r = –0,69) и заметная прямая связь в фазу цветения – формирования бобов (r = 0,66). В среднепоздней группе спелости выявлены высокие обратные связи в фазу полных всходов – цветения и формирования бобов – налива семян, r = –0,88 и r = –0,85 соответственно; однако в фазу цветения – формирования бобов отмечается высокая прямая связь показателей (r = 0,85). В группе позднеспелых сортов стоит отметить заметную обратную связь в фазу цветения – формирования бобов (r = –0,59) и заметную прямую связь в фазу налива семян – созревания (r = 0,56).

Заключение

В ходе исследования был проведен анализ коллекционных образцов в условиях неустойчивого климата Среднего Приамурья. Все исследуемые образцы были разделены на 5 групп спелости согласно длине вегетационного периода. Выполнен корреляционный анализ влияния агроклиматических условий на урожайность зерна сои. В ходе изучения корреляционных связей выявлено, что в процессе роста и развития растений сумма активных температур и сумма осадков оказывали значительное влияние, как отрицательное, так и положительное, на образцы среднеранней и среднепоздней групп спелости сои. Выполнен корреляционный анализ влияния агроклиматических условий на накопление белка и жира в семенах сои. Наиболее подвержены влиянию изменения условий окружающей среды сортообразцы из средней и поздней групп спелости. Проведенный анализ дает возможность сделать вывод о том, какие группы спелости могут быть полезны для получения высокой урожайности зерна, а какие для эффективного накопления белка и жира в семенах сои.

Об авторах

Маргарита Павловна Хорняк

Хабаровский федеральный исследовательский центр ДВО РАН, обособленное подразделение Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Автор, ответственный за переписку.
Email: margaritaz9743@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4227-2640

младший научный сотрудник, аспирант

Россия, Хабаровск

Татьяна Александровна Асеева

Хабаровский федеральный исследовательский центр ДВО РАН, обособленное подразделение Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Email: aseeva59@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8471-0891

член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, директор

Россия, Хабаровск

Список литературы

Дополнительные файлы