Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Агроэкологические и сортовые особенности формирования элементов структуры урожая и урожайности яровой пшеницы при различных технологиях ее возделывания в условиях Приенисейской Сибири

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, доктора сельскохозяйственных наук, Дмитриев, Владимир Ефимович

ВВЕДЕНИЕ.

1 Роль экологических условий в формировании урожайности яровой пшеницы (обзор литературы).

1.1.Влияние сроков посева и экологических условий на урожайность и качество зерна.Ю

1.2.Влияние норм посева на хозяйственно-биологические особенности яровой пшеницы.

2 Агроэкологические условия Красноярского края и зоны исследования.

2.1. Экологический режим земледельческой части края.

2.2. Характеристика почвенно-климатических зон края.

2.3.Почвенно-климатическая характеристика зоны исследования.

2.4.Материал и методы исследований.

3 Экология яровой пшеницы при различных сроках посева и нормах высева.

3.1.Зональные экологические особенности и теоретическое обоснование сро ков посева и норм высева.

3.2.Характер изменчивости длины вегетационного периода.

4. Влияние экологических условий на урожайность яровой пшеницы.

4.1.Урожайность зерна при разных сроках посева.

4.2.Нормы высева и их влияние на урожайность яровой пшеницы.

5 Изменчивость элементов структуры урожая под влиянием сроков посева и норм высева.

5.1 .Сроки посева и продуктивный стеблестой.

5.2.Продуктивный стеблестой разных норм высева.

5.3.Сроки посева и озерненность колоса.

5.4.Нормы высева и озерненность колоса.

5.5.Влияние сроков посева и норм высева на крупность зерна.

6 Фотосинтетические, гидротермические и фитосанитарные условия формирования урожая яровой пшеницы.

6.1. Фазы развития яровой пшеницы и гидротермические условия межфазных периодов.

6.2.Фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза.

6.3.Фитосанитарные условия формирования урожая яровой пшеницы.

6.4.Программирование урожайности по фотосинтетической активности радиации (ФАР) и по влагообеспеченности (ДВУ).

7 Технологические качества зерна и посевные качества семян при разных сроках посева и нормах высева.

7.1 .Технологические качества зерна.

7.2.Посевные качества семян.

7.3.Репродуктивная способность сортов.

8 Картирование сроков посева и норм высева яровой пшеницы в Красноярском крае.

8.1 .Рекомендуемые сроки посева и нормы высева.

8.2.Картирование оптимальных сроков посева и норм высева.

9 Экологическое обоснование внедрения интенсивной технологии возделывания яровой пшеницы.

9.1.Роль предшественников и севооборотов.

9.2.Экологическое значение приемов защиты растений.

9.3.Химические средства интенсификации и их влияние на продуктивность и качество зерна.

9.4.Экологически обоснованные модели интенсивных технологий возделывания яровой пшеницы.

Ю.Выводы.

11.Предложения для научно-исследовательских учреждений.

12,Предложения для сельскохозяйственного производства.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Агроэкологические и сортовые особенности формирования элементов структуры урожая и урожайности яровой пшеницы при различных технологиях ее возделывания в условиях Приенисейской Сибири"

Главным путем решения зерновой проблемы является повышение сборов зерна с единицы площади за счет совершенствования технологии возделывания, основанной на биологии культуры и сорта. Механическое перенесение опыта технологий высоких урожаев из одного региона в другой без учета условий экологии и почвенных разностей приносит отрицательные результаты.

Основными экологическими компонентами, определяющими урожайность зерна пшеницы являются среднесуточные активные температуры и продуктивная влага. Сумма активных температур и осадки в одних и тех же условиях могут использоваться с различной степенью полезности для урожая. В растениеводстве важнейшими агротехническими приемами, способствующими более эффективному использованию тепла и влаги, являются сроки посева и нормы высева. Эти приемы определяют как будут складываться процессы взаимодействия растений с постоянно изменяющейся средой их произрастания.

В предлагаемой работе сроки посева и нормы высева яровой пшеницы рассмотрены применительно к интенсивной технологии возделывания.

Актуальность проблемы состоит в том, что с изменением сортового состава яровой пшеницы требуется глубже знать биологические особенности новых сортов по их реакции на изменения гидротермических условий в различные сроки посева и при разных нормах высева. Регулируя агротехнические приемы можно добиваться оптимальных соотношений факторов среды для получения наибольшего количества и качества продукции новых сортов.

Важную роль при этом играет стационарность и длительность изучения сроков посева и норм высева. Оценка современного сортового состава позволяет глубже изучить закономерности формирования урожая различных по генетическим особенностям сортов. Изменение экологической обстановки накладывает свой отпечаток на изменчивость элементов структуры урожая и химического состава зерна. Многолетние опыты помогают найти закономерности взаимодействия растений со средой, стабилизирующие уровень урожайности и его качественную сторону.

Современный уровень комплексного и высокотехнологического обеспечения предпосевной подготовки почвы и посева позволяет в сжатые сроки выполнять значительные объемы полевых работ. Это позволяет пересмотреть сроки посева и осуществлять их в оптимальное для зоны время, исключая непроизводительный расход семян.

Изменяя экологическую обстановку, можно выяснить при каких условиях можно получить, слагаемые в оптимальных соотношениях элементы структуры урожая. Это особенно важно при планировании урожайности пшеницы в хозяйствах.

Маневрирование сроками посева и нормами высева особенно сложно выполнять в зонах с резко изменяющимися экологическими условиями. Многолетние наблюдения позволяют установить в каких пределах возможны отклонения в сторону ранних или поздних сроков посева, а также, какой амплитудой значений можно пользоваться при выборе нормы высева новых сортов пшеницы.

Определенный интерес представляет изучение интенсивной технологии яровой пшеницы в Красноярском крае. Впервые изучались технологии с различным уровнем интенсификации, что позволило определить действия различных агротехнических приемов в комплексном их использовании.

В зависимости от экологических условий той или иной зоны можно использовать приемлемую интенсивную технологию, позволяющую получать урожайность высококачественного зерна пшеницы, при наименьших затратах.

Цель исследований - установить закономерности формирования элементов структуры урожая, урожайности, посевных и технологических качеств зерна яровой пшеницы под влиянием экологических условий, складывающихся при разных сроках посева и нормах высева в лесостепи края.

В процессе исследований решались следующие задачи:

1. Разработать математические модели урожайности яровой пшеницы в зависимости от сроков посева и норм высева. 2. Провести картирование сроков посева и норм высева яровой пшеницы по Красноярскому краю. 3. Определить семенную продуктивность яровой пшеницы при разных сроках посева и площадях питания. 4. Установить связь между посевными и технологическими качествами зерна яровой пшеницы в зависимости от среднесуточных температур и распределения осадков по фазам. 5. Разработать приемы прогнозирования оптимальных сроков посева и норм высева. 6. Изучить комплексное влияние различных средств интенсификации применительно к восточносибирскому климату.

Научная новизна.

Экспериментальные данные, полученные в учхозе «Миндерлинское», являются самыми продолжительными в Красноярском крае по срокам посева и нормам высева. Они проводятся непрерывно с 1961 года и, таким образом, являются эталонными. Исследования сроков посева и норм высева включают в себя новые сорта яровой пшеницы, обладающие стабильными генетическими особенностями сохранять высокие технологические и семенные качества.

Разработанная нами формула репродуктивной способности сортов позволяет впервые сделать объективную оценку семенной репродуктивности различных сортов и определить какой из вариантов позволяет повышать урожайность и выход кондиционных по всхожести семян.

На основе сопутствующих наблюдений впервые глубоко на научной основе выявлены связи между семенной и технологической продуктивностью сортов.

Аналитический анализ результатов исследований по основным зонам Красноярского края позволил впервые сделать картирование сроков посева и норм высева в зависимости от увлажнения года. Созданы и переданы на государственные испытания 2 сорта яровой пшеницы Краса 2 и Красноярия (авторство 10%).

Экспериментально доказано ранее неизвестное свойство отдельных сортов пшеницы в местных условиях давать резкую реакцию на поздние сроки посева, которая выражается в замедлении пожелтения стеблей и других частей растения пшеницы с более ускоренным созреванием зерна. С практической точки зрения это, позволяет объективнее делать выбор сроков и способов уборки с поздних посевов с целью получения более высоких качеств зерна.

По результатам многолетних наблюдений установлена «зона стабильности» продуктивности соцветия в засушливые, средние и влажные годы при различных нормах высева.

Практическое значение имеют впервые проведенные в крае расчеты оправданности увеличения или уменьшения норм высева при изменении сроков посева. Поправки, проведенные по разработанным номограммам, позволяют планировать при посеве оптимальную плотность, которая будет обеспечивать сохранение высокой продуктивности соцветия, при его сравнительно равномерном созревании.

На основании метрических исследований проведен учет фотосинтетической поверхности фотосинтетического потенциала в связи со сроками посева и нормами высева, что позволило определить продуктивность фотосинтеза и установить закономерности формирования урожайности и качества зерна пшеницы в зоне Красноярской лесостепи на единицу листовой поверхности.

Изучены и внедрены модели интенсивных технологий для основных почвенно-экологических зон края. В зависимости от экологических условий разработаны звенья технологий по уровню интенсификации: условия и количество некорневых подкормок и их дозы, условия применения баковых смесей. Результаты исследований вошли в рекомендации по внедрению яровой пшеницы при интенсивной технологии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Особенности экологии яровой пшеницы в зоне исследования и научное обоснование вопроса о выборе сроков посева и норм высева.

2. Экологическая обусловленность урожайности яровой пшеницы в длительных стационарных опытах со сроками посева и нормами высева при альтернативном и интенсивном земледелии.

3. Связь между посевными и технологическими качествами зерна пшеницы. Репродуктивная способность сортов яровой пшеницы.

4. Картирование сроков посева и норм высева яровой пшеницы по основным почвенно-климатическим зонам края.

5. Фотосинтетический потенциал и продуктивность фотосинтеза в связи с изменением экологических условий по срокам посева и нормам высева.

6. Особенности возделывания пшеницы по интенсивной технологии в Красноярском крае с обоснованием теоретических и практических рекомендаций моделирования этих технологий.

Апробация полученных результатов. Результаты исследований доложены на Зональном совещании агрономов - сортоиспытателей Сибири и Дальнего Востока, г. Ачинск, 1969. Краевое агрономическое совещание по сортоиспытанию г. Красноярск, 1970. Зональное научно-производственное совещание работников сельского хозяйства в лесостепи Причулымья г. Назарово,1971.

Научная конференция по внедрению достижений науки в производство, г. Боготол,1972. Краевое научно-производственное совещание по внедрению науки в производство, КНИИСХ, ст. Солянка, 1975.

Ученый совет Всесоюзного института растениеводства, г. Ленинград, 1976. Зональное совещание Восточно-Сибирского технологического центра, Красноярск, 1986. Краевое агрономическое совещание по внедрению интенсивной технологии возделывания пшеницы, г. Красноярск, 1987.

Научно-технический совет по интенсивной и индустриальной технологии, г. Красноярск, 1987. Всесоюзное совещание по интенсивной технологии, секция растениеводство, г. Москва, 1987.

Расширенное заседание бюро Президиума ВАСХНИЛ, г. Москва, 1988

Научная конференция профессорско-преподавательского состава, КрасГАУ, г. Красноярск, 1998.

По теме диссертации опубликовано 24 авторских печатных работы, в т. числе монография «Яровая пшеница в Восточной Сибири», объем 19,5 п.л.

В соавторстве издан курс лекций по растениеводству «Сибирское растениеводство», объем 20 п.л.

Список литературы включает 307 работ в том числе 30 иностранных авторов.

Диссертация содержит 303 страници машинописного (компьютерного) текста, 11 графических рисунков, 86 таблиц, 14 приложений.

Личный вклад автора. В работе использованы данные полученные лично автором или при его участии на Ачинском ГСУ, отдел семеноводства Боготольской СХОС, лаборатории интенсивной технологии Красноярского НИИСХ, кафедре растениеводства Красноярского ГАУ, а также обобщил данные научных учреждений и ГСУ края.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Исследования проведены в соответствии с программой «Зерно» СоРАСХН. Материалы исследований вошли в рекомендации по возделыванию яровой пшеницы при интенсивной технологии, указанную выше монографию и учебные пособия. На государственное сортоиспытание передано 2 сорта яровой пшеницы Краса 2 и Красноярия. Результаты внедрения подтверждены 5 справками.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Дмитриев, Владимир Ефимович

10. выводы

1. По экологическим условиям основные земледельческие районы Приенисейской Сибири относятся к зоне недостаточного и не устойчивого увлажнения с годовым количеством осадков 350-400 мм. Основным лимитирующим фактором, определяющим уровень урожайности яровой пшеницы, является влага. Сумма активных температур 1500-1800 градусов С при ГТК 0.5-1.6 позволяет относительно надежно возделывать здесь в основном среднеранние и среднеспелые сорта яровой пшеницы.

2. Ранние сроки посева яровой пшеницы рекомендовано проводить в подтайге северной - во вторую - начале третьей декады мая; подтайге южной - первую декаду мая; Красноярской и Канской лесостепи в конце первой - второй декаде мая; лесостепи Причулымья в первую (25-40% вероятности) и вторую декады мая; в южной лесостепи и степи в конце апреля - первой декаде мая.

3. В узком диапазоне нормы высева с учетом экологической обстановке могут колебаться в млн. всхожих зерен на 1 га; в подтайге северной 5-7; подтайге южной 4-6; Канской лесостепи 4-6; Красноярской лесостепи 5-6; лесостепи Причулымья 4-5 на чистых от сорняков землях, 6-7 на засоренных; открытой лесостепи 5-6; южной лесостепи и степи 4-5.

4. Оптимальной нормой высева яровой пшеницы следует считать ту, при которой возможно получение максимальной урожайности за 11 летний солнечный цикл. Для Красноярской лесостепи в сухие годы норма высева пшеницы должна быть 4-5 млн. на га с поправкой ± 0.5; в годы со средним увлажнением 5-6 млн. на га, с поправкой ± 0.5-1.0; при достаточном увлажнении 6-7 млн. на га, с поправкой ±1.0.

Увеличение нормы высева должно окупаться прибавкой урожайности зерна, вдвое превышающей массу семян дополнительной нормы.

5. Урожайность яровой пшеницы в Приенисейской Сибири находится в прямой положительной связи с продуктивным стеблестоем оптимального качества г=+0.68 ± 0.15 - 0.80 ± 0.05, массой 1000 зерен г= + 0.58 ± 0.021 - 0.77 ± 0.017 и озерненностью г= + 0.45 ± 0.025 - 0.62 ± 0.018.

6. Величина изменчивости основных элементов структуры урожая пшеницы укладываются в пределы: продуктивный стеблестой 300-550 шт/м2, по массе 1000 зерен 30-42 г, озерненность колоса 15-34.

7. Длина вегетационного периода яровой пшеницы при посеве 1-25 мая по многолетним данным составляет 74-86 ± 10-25 дней. Она сокращается в зонах подтайги и закрытой лесостепи, а также в засушливые годы.

8. Максимальный фотосинтетический потенциал яровой пшеницы 34000-50000 м2/га формируется при посеве в первой и второй сроки посева, с нормой высева 4-6 млн на га. Активность фотосинтеза листьев достигает 6369, а при позднем сроке посева уменьшается на 5-11 дней. Максимальное количество листьев и листовой поверхности пшеница формирует во влажные годы при норме высева 6-7 млн на га.

9. Фитосанитарное состояние яровой пшеницы зависит от поражения растений септориозом и корневыми гнилями. Внутристеблевые вредители наиболее вредоносны при поздних сроках посева. Из сорных растений сильнее всего снижает урожайность пшеницы осоты и овсюг.

10. Урожайность яровой пшеницы по приходу ФАР в зоне исследований возможна от 40 до 80 ц с га при первом и втором сроках посева. Действительно, возможно, урожайность по влагообеспеченности может составлять 20-60 ц/га. Самые благоприятные условия для получения максимальной урожайности яровой пшеницы по ГТК складывается в зоне лесостепи Причулымья при посеве ее в ранние сроки до 20 мая с нормой высева 4-7 млн. на га.

11. Высокие технологические качества зерна яровой пшеницы формируются в период налива-восковой спелости при среднесуточной температуре 18.2-16.1°С и сумме осадков менее 147 мм. У сортов пшеницы с высокими и устойчивыми по годам генетически обусловленными технологическими качествами эта температура может снижаться до 15.5°С.

12. Экологические условия первого и второго сроков посева во всех зонах края наиболее благоприятны для получения кондиционных по всхожести семян. Нормы высева не оказывают существенного влияния на технологические качества зерна и посевные качества семян.

13. Связь между высокими технологическими и посевными качествами обнаружена в годы, когда налив и созревание проходит при среднесуточном температурах не ниже 16.1°С. При дальнейшем ее снижении до 15.5°С и увеличении количества осадков эта связь нарушается: резко снижаются технологические качества и медленно семенные. Среднесуточная температура налива - созревания в 14.5°С приводит к резкому снижению посевных качеств семян, в особенности энергии и всхожести.

14. Для определения семенной продуктивности рекомендуется формула расчета, позволяющая определить величину урожайности кондиционных по чистоте и всхожести семян в зависимости от сортов и агротехнических приемов. Показатель семенной продуктивности может дополнять величину коэффициента размножения семян.

15. По результатам исследований проведено картирование сроков посева и норм высева в Приенисейской Сибири, которое в хозяйствах следует конкретизировать включительно до отдельных полей севооборота.

16. Выращивание яровой пшеницы в Приенисейской Сибири с использованием средств интенсификации должно осуществляться в строгом соответствии с экологическими условиями. Главным предшественником интенсивного типа является удобренный и очищенный от сорняков чистый пар с запасами продуктивной влаги в метровом слое не менее 180 мм.

17. Для интенсивной технологии возделывания яровой пшеницы по ресурсам тепла и влаги должны использоваться среднеранние и среднеспелые ценные по качеству сорта, а в южной лесостепи и степи сорта сильной пшеницы. Их рекомендуется выращивать при ранних сроках посева (до 20 мая) со средней нормой высева 4.5-5.5 млн. на га.

278

18. Минеральные удобрения и химические средства защиты растений в условиях резкоконтинентального климата Сибири должны применяться в умеренных дозах и в строгом соответствии с условиями тепла и влагообеспеченности.

19. Некорневые подкормки азотом могут применяться в фазу начала образования трубки и начала налива зерна при среднесуточных температурах не выше 20°С, в дозах не более 15-20 кг д.в. на га.

20. Применение баковых смесей гербицида с инсектицидами и азотными удобрениями или гербицида с фунгицидами и 6-8 кг на га аммиачной селитры в жаркую погоду (выше 22°С) увеличивает экологическую нагрузку на растения и приводит к снижению урожайности и качества пшеницы.

21. В результате исследований сортовой технологии возделывания яровой пшеницы созданы (авторство 10%) и переданы на государственное сортоиспытание 2 сорта яровой пшеницы Краса 2 и Красноярия.

279

11. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ

УЧРЕЖДЕНИЙ

На основании многолетних стационарных исследований по срокам посева и нормам высева яровой пшеницы можно рекомендовать:

1. Изучение сроков посева и норм высева яровой пшеницы должно проводиться во всех почвенно-климатических зонах Приенисейской Сибири по единой методике закладки стационарных опытов, используя лучшие районированные и новые сорта.

2. В опытах по срокам посева и нормам высева предлагаем ввести дополнительно изучение глубины заделки семян от 2 до 8 см.

3. Следует глубже выяснить связь между технологическими качествами зерна и посевными качествами семян.

4. Изучить возможность гарантированного уровня урожайности яровой пшеницы без резкого снижения технологических и семенных качеств среднеранних сортов в поздние сроки посева (третья декада мая).

5. Следует определить экономический эквивалент повышения качества зерна пшеницы новых сортов при неизменном уровне урожайности или даже снижении его.

12. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

ПРОИЗВОДСТВА

1. Во всех лесостепных зонах Красноярского края посев яровой пшеницы должен осуществляться: 1-15 мая для получения высоких технологических качеств; 1-20 мая для получения семян с высокими показателями энергии и всхожести; 20-27 мая для получения товарного и фуражного зерна. Всякий посев после 27 мая целесообразнее использовать для получения фуражного зерна или высококачественного монокорма.

2. Норма высева должна строго соответствовать зоне возделывания. Отклонения от средней нормы необходимо осуществлять в сухие годы в меньшую сторону во всех зонах края до 4-5 млн. на га в.з. с поправкой ± 0.5, в средние по увлажнению 5-6 ± 0.5-1.0 и в годы с достаточно высоким увлажнением 6-7 ±1.0.

Каждое хозяйство должно использовать широкий диапазон норм высева в соответствии с условиями увлажнения, почвенным плодородием и фитосанитарной обстановкой.

3. В борьбе с широко распространенными вредителями, болезнями и злостными сорняками рекомендуем применять наряду с агротехническими эффективные химические меры защиты растений.

4. Агротехнику выращивания ценных и сильных сортов пшеницы нужно спланировать так, чтобы в период налива - восковой спелости среднесуточные температуры воздуха были на уровне 18.2 - 16.1°С, а для получения семян с высокой энергией и всхожестью не ниже 15.5°С.

5. Для оценки семенной продуктивности новых сортов пшеницы рекомендуем применять формулу расчета репродуктивной способности.

6. С целью рационального использования семян рекомендуем провести широкомасштабное картирование сроков посева и норм высева по хозяйствам Красноярского края.

281

Библиография Диссертация по биологии, доктора сельскохозяйственных наук, Дмитриев, Владимир Ефимович, Красноярск

1. Абрамова З.В. Послеуборочное дозревание семян у яровой пшеницы // С.-х. биология. 1972. - №3. - с. 449-451

2. Агроклиматический справочник по Красноярскому краю. -Красноярск, 1961.-288 с.

3. Азаревич Е.М. Свойство зерна в процессе развития в условиях таежной зоны Севера // Научные труды, 1953. Т. 1.-е. 108-147

4. Азиев К.Г. Система ускоренного внедрения сортов зерновых культур в Сибири // В кн. Семена и урожай. М.: Колос, 1988. - с. 52-67

5. Алищенко П.А. Прогнозирование урожайных свойств семян // Сеп. и сем.- 1983.-№3.-с. 37-38

6. Альтергот В.Ф. Приспособление растений к повышенным температурам среды // Физиология приспособления и устойчивости растений при интродукции. Новосибирск: Наука, 1969. - с. 169-186

7. Ананьев В.А. О сроках посева яровой пшеницы // Сб. науч. тр. / Омск,1972.-Т. 160.-е. 28-32

8. Ананьев В.А. Сроки сева научную основу // Земля Сиб., дальн. вост.1973.-№4.-с. 11-13

9. Ананьев В.А. К вопросу о сроках посева пшеницы // Сб. науч. тр. / Ом. с.-х. ин-т., 1973. Т. 112. - с. 26-32

10. Ананьев В.А. О сроках посева яровой пшеницы. Омск, 1975. - с. 7482

11. Ананьев В.А. Аналитические методы определения оптимальных сроков посева // Сб. науч. тр. Омск СХИ, 1976. - Т. 148. - с. 50-55

12. Ананьев В.А. Методика оптимизации норм высева и сроков посева зерновых культур. Омск, 1976. - 14 с.

13. Ананьев В.В. Влияние активности солнца на сроки сева зерновых культур в степной зоне // Сиб. в. с.-х. н. 1982. - №4. - с. 42-4514,15,16.