Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние агроэкологических факторов на продуктивность яровой мягкой пшеницы и развитие возбудителей болезней в условиях Северо-Запада РФ

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Влияние агроэкологических факторов на продуктивность яровой мягкой пшеницы и развитие возбудителей болезней в условиях Северо-Запада РФ"

На правах рукописи

Колесникова Юлия Рудольфовна

ВЛИЯНИЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ и РАЗВИТИЕ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ БОЛЕЗНЕЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДА Рф\

По специальностям: 06.01.01 - Общее земледелие и 06.01.07 — Защита растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 7 МАЙ 2012

005043443

Санкт-Петербург-2012

005043443

Диссертационная работа выполнена на кафедре фитопатологии и энтомологии в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО СПбГАУ)

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

[Власова Элеонора Алексеевна | кандидат биол. наук, доцент, зав. кафедрой фитопатологии и энтомологии ФГБОУ ВПО СПбГАУ Колесников Леонид Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

зав. кафедрой плодоовощеводства ФГБОУ ВПО СПбГАУ Осипова Галина Степановна

доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник ГНУВИЗР

Иващенко Владимир Гаврилович

Ведущая организация: ГПУ Агрофизический НИИ РАСХН

Защита состоится «25» мая 2012 года в «14» часов «40» минут на заседании диссертационного совета Д220.060.01 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, дом 2, корпус 1а, аудитория 330. Тел., факс: (812) 476-03-50, e-mail: agro@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО СПбГАУ

Автореферат разослан 24 апреля 2012 года и расположен на сайте Минобрнауки РФ

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Кокорина

Антонина Леонидовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Пшеница — одна из важнейших стратегических зерновых культур, на долю которой приходится около трети мирового производства зерна, обеспечивающего продовольствием более половины населения земного шара. В Российской Федерации посевы пшеницы занимают более 25 млн. га; яровая пшеница является одной из основных возделываемых зерновых культур и занимает 55-60% от общей площади посевов зерновых культур. За последние годы около 60% валового сбора зерновых культур в хозяйствах всех категорий России приходилось на пшеницу, а именно 40-50 млн. тонн. При этом валовой сбор яровой пшеницы составлял более 20 млн. т. или в среднем 23 % от всего урожая зерновых (Колье, Ложкина, Прокуратова, 2006; Росстат, 2011).

Одной из наиболее актуальных задач современного растениеводства является выявление и создание оптимальных условий выращивания данной культуры, способствующих максимальному увеличению ее продуктивности, с учетом конкретных агроэкологических особенностей районов ее культивирования, а также складывающейся фитосанитарной обстановки. В хозяйствах с неблагоприятным фитосанитарным состоянием посевов яровой пшеницы или при наличии в их окружении неблагополучных земель практически невозможно реализовать в полной мере достижения селекции, семеноводства и прогрессивных технологий. Неблагоприятное фитосанитарное состояние агроэкосистем препятствует освоению прогрессивных технологий в земледелии (Захаренко, 2005).

Важными особенностями современного фитосанитарного состояния посевов зерновых являются постоянные изменения структуры популяций патогенов, а также непрерывная трансформация природно-климатического комплекса, напрямую влияющая как на развитие патогенов, так и на поражаемые ими растения (Афанасенко, 2010; Гультяева, 2011; Коваленко; Михайлова; Новожилов, 2011). Из общей посевной площади сельскохозяйственных культур в Ленинградской области 259400 га доля зерновых культур составляет всего 12,2%, причем зерно производится, главным образом, на кормовые цели, а объем производства кормов удовлетворяет лишь 40 % потребности животноводческих хозяйств (Финпро, 2011).

Слабая изученность сортимента яровой пшеницы в условиях короткого безморозного периода и длинного дня обуславливает актуальность проведённых исследований.

Цель и задачи исследований. Цель исследования - дать оценку продуктивности яровой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения и выявить возможности её реализации в зависимости от влияния агроэкологических факторов в условиях Северо-Запада РФ.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

- Изучить формирование элементов структуры урожая в зависимости от происхождения яровой мягкой пшеницы, сроков создания сортов, морфологических особенностей и агрометеорологических факторов;

- Обосновать возможности повышения биологической урожайности перспективных сортов и линий яровой мягкой пшеницы;

- Оценить влияние интенсивности развития возбудителей болезней на структуру урожая яровой мягкой пшеницы;

- На основании полученных результатов разработать математические модели, описывающие влияние развития возбудителей болезней на снижение биологической урожайности;

- Определить зависимость поражения образцов пшеницы возбудителем бурой ржавчины от повышенных доз минерального питания растений (по азоту);

- Изучить влияние агрометеорологических факторов на интенсивность поражения листьев растений различных сортов и линий яровой мягкой пшеницы возбудителями болезней.

Научная новизна. Впервые определены статистически обоснованные зависимости между элементами структуры урожая яровой пшеницы, агроэкологическими факторами и интенсивностью поражения мягкой пшеницы возбудителями болезней. Разработаны математические модели, описывающие вредоносность возбудителей болезней пшеницы, в том числе -в смешанных инфекциях, особенности патогенеза в зависимости от морфологических особенностей и происхождения сортов, повышенных доз азотного питания растений.

Практическая значимость. Выявлены сорта яровой мягкой пшеницы, наиболее ценные по продуктивности и уровню адаптивности к условиям Северо-Западного региона России, в том числе - по признаку устойчивости к возбудителям болезней.

Разработанные математические модели вредоносности возбудителей болезней могут быть использованы в производственной практике при планировании мероприятий по защите растений с учетом ожидаемого урожая пшеницы.

Установленные математически обоснованные зависимости структуры урожая пшеницы от агроэкологических факторов, в том числе - от интенсивности развития фитопатогенных микромицетов, позволяют использовать результаты работы в практике общего земледелия и защиты растений для оптимизации технологических схем производства зерна, разработки прогноза фитосанитарного состояния агроэкосистем и предотвращения эпифитотий.

Основные положения, выносимые на защиту.

- Влияние на элементы структуры урожая яровой мягкой пшеницы морфологических особенностей растений и агрометеорологических факторов;

- Биологическая урожайность яровой мягкой пшеницы в зависимости от происхождения различных сортов и линий;

- Зависимость элементов структуры урожая яровой мягкой пшеницы от поражения возбудителями болезней листьев;

- Влияние агроэкологических факторов на развитие возбудителей болезней

пшеницы.

Апробация результатов исследований. Основные результаты исследований были доложены и одобрены на конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ (СПб., 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012), на научной конференции СПбГУ «Экология Санкт-Петербурга и его окрестностей» (2005), на Втором Всероссийском съезде по защите растений (2005, ВИЗР), на международных (российско-шведских и российско-иранской) конференциях (СПб., 2005, 2008, 2009), на Международной Вавиловской конференции (ВИР, 2007), на Всероссийской конференции ВИЗР (2008).

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, в том числе двенадцать работ - в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, предложений производству и приложений. Работа изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 14 рисунков, 2 приложения. Список использованной литературы включает 256 наименований, из которых 71 - на иностранных языках.

Содержание работы Введение

Во введении обоснована актуальность темы, научная новизна, практическая значимость работы, сформулированы цели и задачи исследований.

1. Современные агротехнологии в повышении продуктивности и качества пшеницы (обзор литературы)

На основе анализа источников научной и производственной литературы рассмотрены известные данные о современном состоянии проблемы производства зерна в России. Описаны основные агроэкологические факторы, определяющие продуктивность и качество зерна пшеницы. Особое внимание уделено рассмотрению фитосанитарного состояния посевов пшеницы, а также агротехнологических приемов по снижению вредоносности возбудителей болезней.

2. Объекты, место, условия и методы исследований

Объектом исследования была яровая мягкая пшеница Triticum aestivum L. Образцы пшеницы предоставлены для изучения отделом генетических ресурсов пшениц ВНИИР им. Н.И. Вавилова (зав. отд. д.б.н. О.П. Митрофановой, в.н.с. Е.В. Зуевым) и подобраны с использованием каталога мировой коллекции ВИР (Зуев Е.В., Косов В.Ю. и др., 1994), электронной версии базы данных «Wheat Pedigree and Identified Alleles of Genes» (www.vurv.cz).

Исследования были проведены на кафедре фитопатологии и энтомологии СПбГАУ; опытном поле Пушкинских лабораторий ВИРа. Опыты выполнены

в агроэкологических условиях Северо-Западного региона РФ на естественном инфекционном фоне.

Почвы опытного участка - дерново — подзолистые, легкосуглинистые. Содержание гумуса в пахотном слое 3,5 %. Реакция почвенного раствора слабокислая.

В полевой опыте образцы пшеницы были высеяны 5-10 мая на делянках площадью 1,0 м2 рядовым способом посева с междурядьями 15 см и расстоянием в ряду 1—2 см (300 зерен/м2). Глубина заделки семян: 5 — 6 см. Данные мероприятия были проведены согласно общепринятым рекомендациям и методикам ВНИИР им. Н.И. Вавилова по проведению полевых экспериментов (Мережко и др., 1999).

Исследования проводили в период с 2000 по 2011 гг. Изучение структуры урожая мягкой пшеницы и вредоносности болезней осуществляли за период 2010-2011 гг. Объектом изучения послужили 250 образцов яровой мягкой пшеницы, различающихся по уровню устойчивости к болезням и происхождению.

Влияние уровня азотного питания (из расчета 90 и 180 кг д.в. N на 1га) на развитие бурой ржавчины изучали на 68 сортах и линиях мягкой пшеницы с Lr-генами в период 2000-2001 гг. В качестве азотного удобрения использовалась аммиачная селитра (34 % по д.в.). Подкормка растений аммиачной селитрой была осуществлена по общепринятой технологии, в два этапа: 50% было внесено перед посевом пшеницы, остальная часть, вносилась дробно в равных дозах, через 4-5 дней после фазы кущения растений. Определение общего азота в вегетативной массе образцов пшеницы проводили в лабораторных условиях по методу Кьельдаля (Ермаков, 1987).

Влияние экологических факторов на интенсивность развития возбудителей болезней у 164 образцов яровой мягкой пшеницы изучено за период 2001-2006 гг. Оценено влияние на патогенез возбудителей болезней, температуры воздуха, относительной влажности и суммы осадков. Метеоданные были предоставлены для исследования агрометеорологическим отделом ВИР.

Фитопатологическими объектами исследований служили местные популяции возбудителей бурой ржавчины (Puccinia triticina Erics.), желтой {Puccinia striiformis West.), мучнистой росы (Blumeria graminis (DC) Speer.) и септориоза (Stagonospora nodorum Berk, et Br и Septoria tritici Rob. et Desm.).

При изучении показателей структуры урожая яровой пшеницы проанализированы результаты по продуктивной и общей кустистости, высоте растений, длине колоса, количеству колосков в колосе, количеству зерен в колосе и массе 1000 зерен. Изучение характеристик структуры урожая образцов мировой коллекции пшеницы проводили в соответствии с методическими указаниями А.Ф. Мережко и др. (1999). Потенциальную биологическую урожайность яровой пшеницы определяли по здоровым растениям без признаков поражения возбудителями болезней.

При исследовании вредоносности болезней в фазу развития пшеницы «конец молочной спелости зерна» были отобраны образцы, отличающиеся дискретным распределением больных и здоровых растений (контроль).

С фазы «конец цветения» - «молочная спелость зерна» на каждой делянке было отмечено по 18-20 растений - 8-10 здоровых (контроль) и 10 больных (с четкими симптомами развития болезней), которые в зависимости от степени развития болезней и вида возбудителей были этикетированы изолентой разного цвета.

Недобор урожая пшеницы в зависимости от развития болезней рассчитывали на основании данных об урожайности сортов и линий (по числу зерен в колосьях и массе зерен) с симптомами поражения и в контроле.

Выносливость (толерантность) сортов Т к поражению возбудителями болезней определяли согласно формуле (Бабаянц, Мештерхази и др., 1988):

Y

Т = 100%

В выражении: Ynp - биологическая урожайность сортов, пораженных возбудителями болезней; YKp - биологическая урожайность сортов, не пораженных возбудителями болезней (контроль).

В качестве основных показателей патогенеза бурой ржавчины пшеницы были использованы: условное (согласно шкале Петерсона, Гешеле, 1978) и расчетное (действительное) развитие болезни, число пустул (на всей площади флагового листа пшеницы), площадь пустулы, тип реакции: по методу Майнса и Джексона (Mains, Jackson, 1926). Интенсивность поражения пшеницы мучнистой росой рассчитывали по показателям: условная величина развития болезни (Гешеле, 1978), число и площадь пятен с налетом, тип реакции по шкале Mains Е.В., Dietz S.M. (1939).

Интенсивность поражения пшеницы желтой ржавчиной была описана с помощью следующих показателей: условная интенсивность развития возбудителя желтой ржавчины по шкале Маннерса, расчетное развитие болезни, число и площадь пятен с налетом, тип реакции - по методу Гасснера и Штрайба (Gassner, Straib, 1932).

Основными показателями развития септориоза служили: условное развитие болезни (по иллюстрированной шкале Джеймса (James W.O.,1971), расчетное развитие болезни, число и площадь пятен, тип реакции.

Расчетную (действительную) величину развития возбудителей болезней пшеницы Rd (бурой и желтой ржавчины, мучнистой росы, септориоза) определяли с использованием формулы:

S N

R = °».c.'Vc. 10Qo/o

где S„ c. - площадь инфекционной структуры (пятна с налетом, пустулы ржавчины); Nn — число инфекционных структур; 8Л. - площадь листа пшеницы.

Размер инфекционных структур возбудителей болезней определяли с помощью окулярного микрометра. Площадь инфекционных структур или участка поражения (пустулы видов ржавчины, пятна с налетом мучнистой росы, пятна с пикнидами септориоза, S„ c) рассчитывали в предположении об их эллиптической форме с использованием выражения:

S „ с. = m 7iab,

где а и Ь - значения полуосей эллипса (в линиях окулярного микрометра), ш -масштабный коэффициент микроскопа.

При исследовании влияния уровня азотного питания пшеницы на развитие бурой ржавчины рассчитаны средневременные значения числа пустул на флаговом листе образцов (проведено 9 учетов); числа пустул на предфлаговом листе образцов (5 учетов); числа спор в пустуле (5 учетов); площади пустулы (6 учетов).

Средневременные значения показателей патогенеза Q на образцах пшеницы за период мониторинга рассчитывали по формуле:

& ' 2(1.-1,)

где п-число учетов, А^ . промежуток времени между (¡)-м и (¡+1)-м учетами, - значение функции <3 при (0-м учете, (ЗОнО - значение С> при (¡+1)-м учете.

При компьютерной обработке данных использовали методы описательной статистики, корреляционного и регрессионного анализа, дисперсионного анализа, кластерного, дискриминантного и факторного анализов (Доспехов, 1985; Ахим Бююль, Петер Цефаль,2001).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. Влияние агроэкологических факторов на продуктивность яровой мягкой пшеницы в условиях Северо-Запада РФ

3.1 Продуктивная кустистость и высота растений в зависимости от происхождения и селекционного статуса образцов пшеницы. Общая и продуктивная кустистость. Продуктивная кустистость обычно восполняет густоту в полевых условиях и является полезным биологическим приспособлением растений к условиям среды. Нами выявлено, что наиболее перспективными для селекционных программ по признаку продуктивной кустистости являются образцы: Омская 37, к-64985; Mentana, к-26192; Glenlea, к-49261; Canthatch, к-44431; Л 505, к-62892; ППГ-596, к-58750; Redman, к-40058; Benita, к-60337; Nuri F 70, к-48309; Spica, к-44607. Возделывание предлагаемых образцов с высокой продуктивной кустистостью позволяет уменьшать нормы высева в производственных условиях без снижения урожайности, что может сэкономить средства на приобретение семян. Выявлена тенденция повышения продуктивной кустистости образцов в зависимости от года их создания, что свидетельствует о значительных достижениях селекции пшеницы по указанному признаку. Отмечено, что при увеличении продуктивной кустистости у среднерослых и высокорослых генотипов пшеницы наблюдалось увеличение площади флагового листа (г= 0,76, Р=0,00), определяющего продуктивность пшеницы. Высота растений. Устойчивость пшеницы к полеганию непосредственно связана с высотой растений. Однако короткостебельные формы страдают от

засухи и, в частности, не приспособлены к выращиванию в континентальных условиях некоторых регионов России, например, Западной Сибири. На основании использования классификации образцов пшеницы по высоте растений Н.Э. Ионовой и др. (2009) к низкорослым (< 81 см) были отнесены 18,8% образцов: Ciano Т 79, к-59623; Warigal, к-57143; Этюд, к-65022 и др.; к среднерослым (81-98 см) - 30,8%: Thasos, к-63469; Gamenya, к-44556; Men, к-65014 и др. Высокорослыми (> 98 см) являлись следующие 49,7% образцов: ГДС-56, к-32624; WH 147, к-58211; Лютесценс 30, к-64647 и др. Наименьшими значениями высоты растений (<60 см) отличались образцы иностранной селекции: Ciano Т 79, к-59623, Long Fu 11, и-612589; Warigal, к-57143. Определена средняя положительная корреляционная связь между высотой растений и общей продуктивной кустистостью образцов мягкой пшеницы (i=0,43; Р=0,00). Выявлена тенденция снижения высоты растений у современных сортов пшеницы

Длина колоса. Минимальными значениями длины колоса (5-6 см) характеризовались образцы (4%): Lee, к-43096; Симбирцит, к-64548; Zebra, к-64707, и др. Самой большой величиной этого показателя отличались образцы - Маргарита, к-64851; Long Fu 13, к-612591. Зависимость длины колоса L от высоты растений h может быть описана кубическим уравнением регрессии: L = 0,275h- 0,003h2+0,l lE-4h3 (^=0,95; F=3040, P=0,00).

У группы высокорослых генотипов с увеличением высоты растений наблюдалось биологически скоррелированное увеличение длины колоса (коэффициент корреляции Спирмена 0,53, Р=0,001). Рост высоты растений h на 1см приводил к увеличению длины колоса LK на 0,09 см (h=0,086 LK, гЧ),96; F=4560, Р=0,00).

3.2 Влияние агрометеорологических факторов на площадь флагового листа мягкой пшеницы, определяющего продуктивность колоса.

При анализе данных многолетней динамики значений температуры (рис. 1) и относительной влажности воздуха в период массового развития возбудителей болезней пшеницы (с 8 июля по 14 августа 2000-2011 гг.) выявлено их стабильное ступенчатое повышение.

Установлены положительные линейные корреляционные связи между площадью флагового листа сортов и линий мягкой пшеницы и метеопоказателями периодов вегетации растений (май-август, 2001-2011 гг.): суммой осадков, температурой, относительной влажностью воздуха. Исключение составили данные по среднемесячной температуре июня и июля, увеличение которых приводило к уменьшению площади флагового листа. Методом факторного анализа показано, что наибольшее влияние на площадь флагового листа образцов оказывала среднемесячная температура июня и августа, относительная влажность и сумма осадков в августе.

•с

25 24 23 22 21 20 19 18 17 IB 15

Рис. 1. Среднегодовая динамика температуры за период развития возбудителей болезней пшеницы (с 8 июля по 14 августа 2001-2011 гг.)

3.3 Взаимосвязи между количеством колосков в колосе, длиной колоса и площадью флагового листа яровой мягкой пшеницы. Наиболее перспективными для селекции по данному признаку и для производственной практики общего земледелия являются образцы пшеницы с большим числом колосков в колосе (более 20): Белорусская 928, к-57093; Bindawarra, к-60601; Frontana, к-43108, и др. Количество колосков в колосе средне коррелировало с длиной колоса и слабо коррелировало с высотой растений. Длина колоса в средней степени определялась величиной площади флагового листа (т=0,5; Р=0,00). Между высотой растений и площадью флагового листа выявлена слабая корреляционная связь. Зависимость изменения количества колосков в колосе от высоты растений h может быть определена согласно формулам: NK= 0,155h (F=7883,44, Р=0,00) и NK = 11,887+ 0.034h (F= 15,24, P=0,00).

Зависимость изменения числа колосков в колосе NK от длины колоса LK может быть описана уравнением: NK = 7,41+ 0,833 LK (F=290,58, Р=0,00) или NK = 1,628 LK(F= 17234,61, Р=0,00).

3.4 Особенности изменения количества зерен в колосе и массы 1000 зерен мягкой пшеницы различного происхождения. Количество зерен в колосе и масса 1000 зерен являются основными показателями, от которых зависит урожайность и потребительская ценность зерна яровой пшеницы. Большинство изученных образцов пшеницы (24%) имели от 25 до 30 зерен в колосе: Omega, к-63173; Тимер, к-64853; Маргарита, к-62851 и др. Максимальными значениями числа зерен в колосе характеризовались: Jasna, к-64982; Радуга, и-143048. Наибольшие значения массы 1000 зерен (45-50 г.) выявлены для образцов Maja, к-63176; Маргарита, к-62851; S 28 - Ivai, к-47246 и др. Определена тенденция возрастания массы 1000 зерен и числа зерен в колосе пшеницы с ростом высоты растений до величины порядка 90-95 см, при высоте растений более 95 см наблюдалось снижение этих

показателей. Регрессионная модель, отражающая взаимосвязь изменения числа зерен в колосе NK3 с высотой растений h имеет следующий вид: NK3 = 0,66h - 0,004h2 (F= 883,3; P= 0,00; R2 = 0,91). Зависимость изменения количества зерен в колосе от площади флагового листа может быть выражена уравнением: NK3. = 0,015 S_T (F= 883,6; Р= 0,00; R2 = 0,74). Регрессионная модель изменения массы 1000 зерен пшеницы Мкз в зависимости от площади флагового листа пшеницы имеет вид: Мкз = 0,019 Sj,. (F= 519,6; Р=0,00; R2 = 0,63).

3.5 Биологическая урожайность пшеницы: элементы структуры урожая и особенности их проявления у сортов различного происхождения. Наиболее высокими значениями биологической урожайности, рассчитанной по числу зерен в колосе Y6,13 (161-328 зерен/растение) отличались образцы: Nuri F 70, к-48309; JI 505, к-62892; Pastor, к-63497 и др. Достаточно высокими значениями показателя Уб.,.3. (130157,5 зерен/растение) характеризовались следующие сорта: Norka, к-26950; Саратовская 74, к-65139; Warigal, K-57143;Jasna, к-64982 и др.

Максимальными величинами биологической урожайности (по массе зерен на одно растение) Уб.м.з. = 6,06 — 13,96 г/растение отличались образцы: Омская 37, к-64985; Л 505, к-62892; Pastor, к-63497; к-60337; Spica, к-44607 и др. Так как площадь флагового листа оказывает сильное влияние на урожайность пшеницы, нами построены математические модели изменения биологической урожайности пшеницы (по числу зерен и массе зерен на одно растение) в зависимости от площади флагового листа 8фя пшеницы: У6чз=0,089 - 1,746Е-5 S,^2 (R2=0,71; F=351,83, Р=0,00);

У6.ч з= 0,003 S^-5,631E-7 8фя2 (R2=0,63; F=242,63, Р=0,00). Зависимость изменения биологической урожайности по числу зерен Уб ч з. и массы зерен Уб мз. на одно растение от высоты растений h, площади флагового листа 8фл., продуктивной кустистости Кп можно представить в виде многофакторной регрессионной модели: Y643. = 33,810 -0,405h +6,614Е-4 8фл. + 27,201 Кп. Y6 m 3. = 1,162 -0,019h+ 1,798Е-4 8фл. + 1,001 Кп. Разработанные уравнения позволяют осуществить прогноз биологической урожайности пшеницы в зависимости от морфологических особенностей образцов.

Высокой биологической урожайностью (Y=12,06±l,65 т/га) характеризовалось 40% исследованных образцов по сравнению с сортом Ленинградская 97, к-62935 (производственный стандарт). Максимально высокой биологической урожайностью характеризовались образцы: Богарская 56, к-65021; Angas, к-64212; Омская 37, к-64985 и др.

В результате многомерного шкалирования мягкой пшеницы по высоте растений (h), длине колоса (LK), количеству колосков в колосе (KL), количеству зерен в колосе (NK3) массе 1000 зерен (Мкз), продуктивной кустистости (К„), площади листа (8Л) выявлены группы образцов по происхождению, характеризующиеся сходными значениями показателей (рис. 2):

• Россия (Европейская часть) и Латинская (Южная) Америка (Мексика, Аргентина, Эквадор): h = 95,09±10,57 см, LK = 9,27±0,06 см, KL = 14,83±0,36, NK3= 24,83±0,27, М„ = 31,91±3,07, Кп=3,70±0,14, Sj = 1714,65±1,85.

• Западная Европа (Германия, Великобритания, Норвегия, Швеция, Испания, Италия, Греция, Португалия, Франция) и Австралия и Океания (Новая Зеландия): Ь = 90,95±1,65 см, Ьк = 8,75±0,21 см, КЬ = 15,23±0,31, N,5.3= 25,16±1,99, Мкз. = 31,32±0,20, Кп=3,49±0,27, 8Л = 1379,68±13,40.

• Восточная Европа (Украина, Беларусь, Эстония, Латвия, Румыния, Чехия, Сербия, Польша) и Центральная Азия (Казахстан, Узбекистан, Туркменистан, Таджикистан, Киргизия, Индия, Непал): Ь = 92,13±2,72 см, и = 9,43±0,09 см, КЬ = 14,89±1,14, Н,3= 25,58±3,95, Мкз. = 37,16±0,72, Кп=2,82±0,03, 8Л = 1652,81±2,78.

Рис. 2. Многомерное шкалирование образцов мягкой пшеницы различного происхождения по комплексу показателей структуры урожая. 2010-2011 гг.

Методом факторного анализа установлено, что наиболее сильно изученные образцы мягкой пшеницы различались по значениям следующих показателей: длина колоса, количество колосков в колосе, площадь листа. При увеличении числа колосков в колосе яровой пшеницы масса 1000 зерен уменьшалась. При увеличении количества зерен в колосе уменьшалась высота растений.

3.6 Зависимость биологической урожайности от поражения яровой мягкой пшеницы возбудителями болезней листьев

В настоящее время отмечается тенденция ухудшения фитосанитарной обстановки на посевах мягкой пшеницы, в частности, на рис. 3 показано усиление интенсивности поражения возбудителями бурой ржавчины и мучнистой росы восприимчивого стандарта «Ленинградка», к-47882

Год

Рис. 3. Среднегодовая динамика развития бурой ржавчины и мучнистой росы пшеницы на восприимчивом стандарте «Ленинградка», к-47882. 2000-2011 гг.

Биологическая урожайность в среднем по сортам без симптомов развития болезней составила 8,47±0,55 т/га. Урожайность тех же сортов, но с симптомами поражения возбудителями болезней, снизилась на 50% и составила 4,03±0,29 т/га. Согласно данным рис. 4, наблюдается тенденция снижения толерантности образцов пшеницы при росте их потенциальной урожайности, что может быть связано с многолетней селекцией пшеницы, направленной на повышение продуктивности сортов.

При ранжировании полученных результатов по выносливости (толерантности) образцов яровой пшеницы различного происхождения к возбудителям болезней, менее адаптированными к условиям Северо-Запада являются образцы из Африки (Кения, Тунис, Судан, Марокко) и Латинской (Южной) Америки (Мексика, Аргентина, Эквадор). При развитии возбудителей болезней на растениях яровой пшеницы по сравнению с контролем они характеризуются наибольшим снижением биологической урожайности (по массе зерен).

Образцы из Африки в большей степени поражались возбудителем мучнистой росы 1*м=55,9% (развитие бурой ржавчины составило 1*6=13%, желтой ржавчины 1*ж- 13,5%, септориоза 1*5=19,6%). На образцах из Латинской (Южной) Америки развитие возбудителей было следующее: 1*м=35,3%, 1*6=27,6%, Я ж- 1,8%, 1*5—25,0%. Наибольшую толерантность в отношении возбудителей болезней (1*м=30,5%, 1*6=35,1%, 1*ж- 11,9%, 1*5=40,0%) проявили образцы из России (Азиатская часть).

Год создания

Рис. 4. Зависимость потенциальной урожайности сортов мягкой пшеницы и толерантности к болезням от года их создания. 2010-2011 гг.

4. Анализ влияния возбудителей болезней листьев на урожайность и экономическую эффективность возделывания яровой пшеницы

4.1 Влиянне интенсивности развития бурой ржавчины на структуру урожая мягкой пшеницы

Зависимость изменения количества зерен в колосе Ызк больного растения от интенсивности развития бурой ржавчины пшеницы Кб по сравнению с контролем (%) описывается уравнением линейной регрессии:

= -21,154 - 0,318 Ыб (Р=7,25; Р=0,03) или Н1К = -0,560 Яе (Р=27,74; Р=0,00). Зависимость изменения массы 1000 зерен в больном колосе по сравнению с контролем (%) М3 к от интенсивности развития бурой ржавчины пшеницы описывается уравнением линейной регрессии:

М3„ =-15,827-0,194 ^=3,25; Р=0,18) или Мзк = -0,370 (Б=20,02; Р=0,00).

В фазу молочной спелости зерна при развитии болезни от 3 до 5% (22,18 пустул на лист) в среднем у сортов мягкой пшеницы высота растений снизилась на 13,65%, длина колоса - на 27,96%, количество колосков в колосе - на 20,77%, площадь флагового листа - на 26,55%.

Зависимость потери урожая (по массе зерен в колосьях одного растения, %), У2 от площади пустулы Ббп, числа пустул N„.6. возбудителя бурой ржавчины и площади флагового листа пшеницы 8Л3. может быть описана многофакторным уравнением линейной регрессии: У, = -134,654 вьа - 0,023 N„6,- 0,021 в«. (Я2=0,67; Р=7,67; Р=0,05). Зависимость потери урожая пшеницы (по массе зерен в колосьях одного растения, %) от числа пустул может быть выражена уравнением:

= -0,219 N„6 (Я2=0,48; Р=52,03; Р=0,00). Число пустул возбудителя N„6. можно определить, исходя из данных развития болезни : Н, б. = 3,931

В соответствии с данными модели, увеличение развития болезни на 1% (5 пустул на лист) приводило к потерям урожая на 1,1%; на 25% - к потерям урожая на 21,88%.

Величина площади пустулы, как фактор устойчивости пшеницы к болезни, в существенной степени влияет на величину потери урожая пшеницы Ут (по массе зерен в колосьях одного растения, %). Зависимость от площади пустулы микромицета 8б,г можно выразить уравнением вида: = -327,405 8б.п (Я2=0,598; Р=19,36; Р=0,001).

Зависимость потерь урожая пшеницы (в числе зерен, %) Уп 2 от числа пустул возбудителя бурой ржавчины N„.6. и площади флагового листа 8ЯЗ может быть определена согласно уравнению: УП7 = - 0,0351ЧП6 -0,023 8ЛЗ (Я2=0,6; Р=30,67; Р=0,000).

Зависимость потерь урожая пшеницы (в числе зерен, %), УП2 от развития бурой ржавчины можно определить, используя показатели патогенеза микромицета:

условное развитие болезни: УП2. = -0,633 Яб (К2=0,42; Р=38,2; Р=0,000); число пустул: Уп.г. = -0,158 N„6 (Я2=0,40; Р=36,72; Р=0,000); площадь пустулы: УП 2. = -194,133 8б п (Я2=0,42; Р=9,44; Р=0,009). В соответствии с данными модели, характеризующей зависимость потерь урожая УП2 от числа пустул, при увеличении развития болезни на 1% (5 пустул на лист) потери урожая по числу зерен на растение составят 0,78%; на 25% (100 пустул) - 15,70%.

Увеличение развития болезни на 1% приводило к снижению высоты растений и длины колоса на 0,3% (Ь= -0,2461*6, Я2=0,6, Р=19,53, Р=0,001; Ьк = - 0,261Иб, 112=0,3, Р=22,94, Р=0,00); количества колосков в колосе - на 0,32% (Ък = -0,3231*6, Я2=0,44, Р=40,76, Р=0,00); площади флагового листа (Бд = -0,282116, Я2=0,22, Р=12,126, Р=0,01) - на 0,28%; массы 1000 зерен - на 0,37% (М3 = -0,370 Яб, Я2=0,3; Р=20,02; Р=0,00); количества зерен в колосе -на 0,56% (N1.3 = - 0,56 Яб, Я2=0,32; Р=24,73; Р=0,00); биологического урожая (по числу зерен на одно растение, = -0,633 Яб , Я2=0,42; Р=38,2;

Р=0,000) - на 0,63%; биологического урожая (по массе зерен на одно растение, УП2. = -0,87 Яе , Я2=0,5; Р=50,85; Р=0,000) - на 0,87%.

4.2 Вредоносность бурой ржавчины пшеницы в процессе сопряженного развития болезней листьев

Бурая ржавчина и мучнистая роса. Зависимость изменения показателя числа зерен в колосе к и массы 1000 зерен Мз к от развития возбудителя мучнистой росы Ям и бурой ржавчины по сравнению с контролем может быть описано уравнением: Мзк = -0,474 -0,504 (Р=18,66, Р=0,00) и Мзк=-0,347-0,442 (Р=15,90, Р=0,00). Увеличение развития болезни на 1% приведет к снижению показателей N3^ и М3 к на 0,98% и 0,79%.

Взаимосвязь между N3 к и значениями расчетного развития возбудителя мучнистой росы Иф м и бурой ржавчины Яф б может быть описана уравнением: N3.,=-8,66611ф 6-2,173Иф м (Р=27,63, Р=0,00).

Изменение количества колосков в колосе N0 высоты растений И при развитии возбудителя мучнистой росы и бурой ржавчины могут быть

описаны уравнениями: NK = -0,255 Re -0,323 RM; h = -0,271 R<> -0,292 R„ (F=21,94, P=0,00).

Регрессионные уравнения, описывающие взаимосвязь между развитием мучнистой росы RM, бурой ржавчины Rg и потерями урожая с одного растения (по числу зерен в колосе, Ynz и по массе зерен, Yz), имеют вид: Yaz =-0,539 Re -0,491 R м (F=19,90, Р=0,00) и Yz = -0,802 R<j -0,759 R„ (F=31,50, P=0,00). Увеличение развития двух возбудителей болезней на 1% приводило к следующему снижению урожая: Ynz = 1,03% и Yz = 1,56%.. Бурая ржавчина и септориоз. Регрессионные уравнения, описывающие взаимосвязь между развитием бурой ржавчины Rg_ септориоза Rs и потерями урожая с одного растения (по числу зерен в колосе, Ynz и по массе зерен, Yz), имеют вид: Ynz = -1,673R6 -2,033Rs (F== 13,81, P=0,04) и Yz= -1,662 R6-2,032RS (F=9,04, P=0,008). Увеличение развития комплекса болезней на 1% приводило к следующему снижению урожая: Yn z = 3,71% и Yz = 3,7%. Бурая ржавчина, мучнистая роса, септориоз. Регрессионные уравнения, отражающие взаимосвязь между развитием мучнистой росы RM, бурой ржавчины Rg , септориоза Rs и потерями урожая с одного растения (по числу зерен в колосе, Yni и по массе зерен, Yz), имеют вид: Ynz = - 0,533 Rg -1,235R м -1,057 Rs (F=9,12, P=0,008) и Yz. = -0,550 Rs -2,153 RM. -1,441 Rs (F=9,04, P=0,008). Увеличение развития комплекса болезней на 1% приводило к следующему снижению урожая: Ynz = 2,83% и Yz = 4,14%. Бурая и желтая ржавчина. Регрессионные уравнения, описывающие взаимосвязь между развитием бурой ржавчины Re . желтой ржавчины и потерями урожая с одного растения (по числу зерен в колосе, Yn z и по массе зерен, Yz.), имеют вид: Ynz = -0,697^ + 0,085ЯЖ (F=8,79, Р=0,01) и Yz= -0,892 Rs - 0,610 R* (F=21,48, P=0,00). Увеличение развития комплекса болезней на 1% приводило к следующему снижению урожая: Ynz = 0,63% и Yz. = 1,5%. Зависимость Ynz и Yz от расчетных значений бурой R^ и желтой ржавчины R^ имеет зид: Yni = -5,926 11фб + 0,033 11фж (F=5,04, Р=0,02) и Ynz. = -5,4451^ф.б. -2,844R$ ж. (F=4,91, Р=0,02).

Взаимосвязь между Yz и площадью пустул бурой (S6) и желтой (SK) ржавчины, площадью листа S3 имеет вид:

Yz = -147,961 S6 -73,136 Бж -0,012 S3 (F=4,79, Р=0,016). Зависимость между Yz и числом пустул бурой N6 и желтой ржавчины NÄ может быть описана выражением:

Yz = -0,053 N6 -0,019 N* (F=5,65, P=0,009).

4.3 Экологическая обусловленность развития бурой ржавчины пшеницы и сопряженных инфекций

В 2001-2006 гг. проведено изучение влияния абиотических и биотических факторов, обуславливающих развитие возбудителей бурой и желтой ржавчины, мучнистой росы, септориоза в смешанных инфекциях пшеницы. Интенсивное развитие бурой ржавчины сопровождалось угнетением развития возбудителя мучнистой росы у 70,59% образцов. При анализе сопряженности развития возбудителя бурой ржавчины и септориоза выявлены разносторонние взаимосвязи с преобладанием прямолинейной корреляционной связи, что подтверждено положительными значениями

коэффициента корреляции Пирсона в 50,75% случаев поражения - на флаговой и 58,33% - на предфлаговой листовой поверхности растений.

Повышенная интенсивность поражения листовой поверхности пшеницы возбудителем бурой ржавчины ингибировала развитие возбудителя желтой ржавчины у 54,5% образцов - на флаговой и у 66,67% -на предфлаговой листовой поверхности растений.

Выявлено увеличение интенсивности поражения пшеницы возбудителем бурой ржавчины с ростом среднемесячных значений температуры января, что свидетельствует о возможности усиления патогенеза в годы с теплой зимой. Такая закономерность выявлена у 84,81 и 93,75% образцов при проведении многократных многолетних учетов развития возбудителя на флаговой и предфлаговой листовой поверхности. Для большинства учетных образцов установлена положительная корреляционная связь развития бурой ржавчины со среднемесячными значениями температуры апреля, июня и июля текущего вегетационного периода наблюдений, а также с температурным режимом октября предшествующего года.

Особенности температурного режима холодной зимы (учетность по январю) провоцировали вспышки развития возбудителя мучнистой росы и снижали вредоносность возбудителей бурой, желтой ржавчины и септориоза. Обратная корреляционная связь выявлена между данными о развитии возбудителя мучнистой росы в весенне-летний период и суммой осадков в декабре и феврале предшествующего зимнего периода. Увеличение количества осадков в июне усиливало патогенез возбудителя желтой ржавчины в июле-августе у 94,12% образцов и уменьшало развитие возбудителя бурой ржавчины у 69,14% образцов. Следовательно, минимальное количество осадков в декабре и январе способствовало усилению патогенеза мучнистой росы, бурой ржавчины и снижению развития септориоза летом.

4.4 Влияние повышенных доз азотного питания растений на интенсивность поражения сортов пшеницы возбудителем бурой ржавчины

Биохимический анализ вегетативной массы сортов и линий мягкой пшеницы показал, что в варианте опыта без подкормок в фазу выхода в трубку в листьях растений изучаемых образцов в среднем содержание азота составило 2,75%, в варианте с дозой азота 90 кг/га - 3,18%. При применении азотного удобрения в виде подкормки в дозе 180 кг/га содержание азота в листьях возрастало до величины - 4,20%.

В соответствии со значениями коэффициентов регрессии, полученных по данным анализа 29-дневной динамики развития возбудителя бурой ржавчины на сорте Ленинградка (восприимчивый стандарт) отмечено, что темп нарастания числа пустул на флаговых листьях растений в вариантах опыта с вносимыми под растения дозами азота 180 кг/га и 90 кг/га составила: 5,1 ±1,2 и 4,0±0,7 пустул в день по сравнению с контролем (No): 2,2 ±0,3 пустулы в день. В среднем, увеличение числа пустул на флаговых (предфлаговых) листьях стандарта по сравнению с контролем при дозе азотного питания растений 180 кг/га составило 61,59% (49,14%); при дозе в

90 кг/га - 22, 14% и 18,87%, соответственно. Таким образом, на фоне повышенных доз азота, развитие болезни на образцах мягкой пшеницы различалось по группам; у образцов защищенных Ьг-генами отмечено некоторое замедление интенсивности развития в сравнении с интенсивностью поражения восприимчивого стандарта «Ленинградка».

4.5 Экономическая оценка недобора урожая пшеницы при развитии бурой ржавчины

Экономические потери урожая зерна Уп э в пересчете на продуктивную кустистость одного растения при развитии бурой ржавчины Иб можно определить согласно выражению:

Упэ = 0,001116. - 1,447е-005Кб2 + 8,101е-8 (Я2=0,61, Р=26,00).

Зависимость экономических потерь урожая Уп э. с одного растения от числа пустул возбудителя бурой ржавчины Яд, площади пустулы Эп, площади листа 8Ш может быть описана уравнением: Упэ = 1,472Е-5 + 0,016 8П+ 2,810Е-6 Бзл (Д2=0,75, Р=11,24, Р=0,001).

Увеличение развития болезни на 1% на восприимчивом сорте Пакшенгская улучшенная, к-41156 (тип реакции Т= 4, Яп=5 пустул, площадь пустулы Бп = 0,15 мм2, площадь листа 5ЗЛ=1200 мм2) приводило к росту недобора урожая с 1 м2 на 2,07 руб/м2 (350 растений/1м2).

Увеличение развития болезни на 1% на умеренно устойчивом к бурой ржавчине сорте Warigal, к-57143 с идентифицированными генами Ьг1, Ьг20, Ьг23 (Т=2, 11д=5 пуст., 8„ = 0,0180 мм2, 8^=1300 мм2 ) приводило к росту недобора урожая с 1 м2 на 1,295 руб/м2 (350 растений/1 м2).

Выводы

1. При увеличении продуктивной кустистости у среднерослых и высокорослых генотипов яровой мягкой пшеницы отмечалось увеличение площади флагового листа (г= 0,76, Р=0,00), определяющего продуктивность образцов. У группы высокорослых генотипов с увеличением высоты растений наблюдалось биологически скоррелированное увеличение длины колоса.

2. Наибольшее влияние на площадь флагового листа яровой пшеницы оказывала среднесуточная температура мая и относительная влажность за период: май-июль. Повышенные среднесуточные температуры июня и июля приводили к снижению площади флагового листа растений. Выявлена тенденция уменьшения площади флагового листа с возрастанием интенсивности поражения пшеницы возбудителем бурой ржавчиной.

3. Продуктивность зависит от происхождения образцов. Лучшими по продуктивности являлись сорта из Африки (биологическая урожайность составила 4,17±1,22 г/растение при продуктивной кустистости 2,8). Сходной структурой урожая характеризовались образцы мягкой пшеницы из России (Европейская часть) и Латинской (Южной) Америки; Западной Европы и Австралии, Океании (Новая Зеландия); Восточной Европы и Центральной Азии.

4. Потенциальная биологическая урожайность 12,06±1,65 т/га (без симптомов развития болезней) выявлена у 40% изученных образцов. В

среднем потенциальная биологическая урожайность по сортам составила 8,47±0,55 т/га, а при развитии возбудителей болезней (бурая и желтая ржавчина, мучнистая роса, септориоз) снижалась до величины 4,03±0,29 т/га.

5. Возрастание интенсивности развития возбудителя бурой ржавчины на 1% приводило к снижению практически всех элементов структуры урожая (высоты растений, длины колоса, количества колосков в колосе, площади флагового листа, массы 1000 зерен, количества зерен в колосе).

6. Наименее адаптированы к условиям Северо-Запада, вследствие пониженной толерантности к болезням (бурой и желтой ржавчине, мучнистой росе, септориозу) являются образцы из Африки (Кения, Тунис, Судан, Марокко) и Латинской (Южная) Америки (Мексика, Аргентина, Эквадор). Наибольшую толерантность к болезням проявили образцы из России (Азиатская часть).

7. Наилучшей адаптивностью к условиям Северо-Запада отличалась группа сортов, сохранивших стабильные показатели биологической урожайности в 2010-2011 гг. (независимо от влияния биотических и абиотических факторов): Lawrence, к-44578; Баганская 95, к-64864; Lemhi, к-40059.

8. Разработаны модели изменения структуры урожая при поражении яровой пшеницы бурой ржавчиной, в том числе - в смешанных инфекциях, представлены критерии их достоверности, позволяющие оценить эпифитотийную опасность фитопатогенных микромицетов в отношении хозяйственно-ценных признаков пшеницы.

9. На фоне внесения повышенных доз азота (из расчета 90 и 180 кг д.в. N на 1 га) темп нарастания числа пустул на флаговых листьях сорта Ленинградка, к-47882 (восприимчивый стандарт) увеличивался практически в два раза: 5,13 ±1,09 (Ni80) и 4,03 ±0,72 (N90) пустул в день по сравнению с контролем (N0): 2,22 ±0,31 пустулы в день.

10. Установлены корреляционные взаимосвязи между метеопоказателями, характеризующими условия многолетних периодов фитосанитарного мониторинга и отдельными показателями развития возбудителей болезней.

11. При выращивании мягкой пшеницы с потенциально высокой биологической урожайностью при отсутствии симптомов поражения возбудителями болезней потенциальное увеличение урожая может достигать суммы порядка 28Д4±1,82 тыс. руб. с одного га. Увеличение развития болезни на 1% на восприимчивом сорте приводило к росту недобора урожая с 1 м2 на 2,07 руб/м2, на умеренно устойчивом - на 1,40 руб/м2.

Рекомендации производству

1. Наиболее перспективными по хозяйственно-ценным признакам для общего земледелия, растениеводства и селекции являются следующие сорта и линии яровой мягкой пшеницы:

по продуктивной кустистости: Омская 37, к-64985; Mentana, к-26192; Glenlea, к-49261; Canthatch, к-44431; Л 505, к-62892; ППГ-596, к-58750; Redman, к-40058; Benita, к-60337; Nuri F 70, к-48309; Spica, к-44607. по длине колоса: Маргарита, к-64851; Long Fu 13, к-612591; по количеству колосков в колосе: Белорусская 928, к-57093; Bindawarra, к-60601; Frontana, к-43108; Радуга, и-143048; Ср1бнянка, к-65148; Tovre, к-45012; Korinta, и-616585; Челяба 2, к-64379;Ф-Грекум, к-30138; к-07895 по числу зерен в колосе: Jasna, к-64982; Радуга, и-143048 по массе зерен: Maja, к-63176; Маргарита, к-62851; S 28 - Ivai, к-47246; HD 2329, к-58775; Богарская 56, к-65021; Sonalika, к-45929; Wolkoring, к-46345; Kenya Leopard, к-46348.

по толерантности к возбудителям болезней: Lawrence, к-44578; Баганская 95, к-64864; Lemhi, к-40059

2. Для возделывания яровой мягкой пшеницы в Северо-Западном регионе, относящемся к зоне рискованного земледелия, рекомендуются высокопродуктивные низкорослые сорта: Angas, к-64212, Этюд, к-65022, Ajax, к-58183, Warigal, к-57143, Spica, к-44607 и среднерослые сорта: Glenlea, к-49261, Jasna, к-64982, Nuri F 70, к-48309.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Саблина, Ю.Р. Сопоставление параметров патогенеза возбудителей желтой и бурой ржавчины пшеницы с помощью теоретических и визуально-лабораторных методов / Э.А. Власова, Л.Е. Колесников, Ю.Р. Саблина // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - СПб: СПГАУ. - 2007. - № 4. - С. 22-29.

2. Саблина, Ю.Р. Мониторинг развития возбудителя бурой ржавчины на образцах Triticum aestivum L. / Л.Е. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р. Саблина // Доклады РАСХН. - 2008. - №4. - С. 18-21.

3. Колесникова, Ю.Р. Фитопатологические аспекты развития основных возбудителей болезней пшеницы / Л.Е. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р. Колесникова // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - СПб: СПГАУ. - 2008. - № 8. - С. 25-28.

4. Колесникова, Ю.Р. Имитационное моделирование уредостадии возбудителя бурой ржавчины пшеницы/ Л.Е. Колесников, Е.К. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р. Колесникова // Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - СПб: СПГАУ. - 2008. - №

10. - С. 47-50.

5. Колесникова, Ю.Р. Мониторинг развития и распространенности видов ржавчины и септориоза на коллекции тритикале/ Л.Е. Колесников, Е.К. Колесников, Е.Ю. Фунтикова, Ю.Р. Колесникова// Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - СПб: СПГАУ. - 2008. - №

11.-С. 46-49.

6. Колесникова, Ю.Р. Влияние природно-климатических факторов на динамику патогенеза возбудителей болезней пшеницы/Л.Е.

Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р. Колесникова // Доклады РАСХН. -2009.-№2.-С. 19-22.

7. Колесникова, Ю.Р. Динамика развития возбудителя бурой ржавчины на сортах мягкой пшеницы с идентифицированными Lr-генами / JI.E. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р.Колесникова // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - СПб: СПбГАУ. - № 13. - 2009. - с. 30-33.

8. Колесникова, Ю.Р. Многомерный анализ патогенеза видов ржавчины, септориоза, мучнистой росы на мягкой пшенице различного географического происхождения /JI.E. Колесников, Ю.Р.Колесникова// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - СПб: СПбГАУ. - № 14. - 2009. - с. 59-63.

9. Колесникова, Ю.Р. Мониторинг развития септориоза на мягкой пшенице различного происхождения /JI.E. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р. Колесникова // Доклады РАСХН. - 2010. - №1. - С. 16-18.

10. Колесникова, Ю.Р. Устойчивость изогенных линий Thatcher с Lr-генами к возбудителю бурой ржавчины пшеницы в условиях Северо-Запада России /Л.Е. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р. Колесникова // Сельскохозяйственная биология. - Сер. Биология растений. — 2010. -№ 3. - С. 82-87.

11. Колесникова, Ю.Р. Анализ и прогноз развития инфекционного выпревания на сортах и линиях мягкой пшеницы в Северо-Западном регионе РФ /Л.Е. Колесников, Ю.Р. Колесникова // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - СПб: СПбГАУ. - № 19. - 2010. - с. 47-54.

12.Колесникова, Ю.Р. Агробиологические особенности устойчивости пшеницы к возбудителю бурой ржавчины в условиях Северо-Западного региона РФ/Л.Е. Колесников, Е.В. Зуев, Ю.Р. Колесникова // Доклады РАСХН, - 2011,-№5.-С.23-27.

Публикации в других изданиях

13.Саблина, Ю.Р. Мониторинг спорообразования возбудителя бурой ржавчины на образцах мягкой пшеницы / Саблина Ю.Р., Колесников Л.Е. // Материалы третьей Всероссийской научно-практической конференции. Агротехнический метод защиты растений от вредных организмов. - Краснодар. - 2005. - С. 228-229

14. Саблина, Ю.Р. Лабораторная оценка интенсивности спорообразования возбудителя бурой ржавчны на различных по устойчивости образцах пшеницы / Ю.Р.Саблина, Э.А. Власова, Л.Е. Колесников // Сборник научных трудов СПГАУ. Прогрессивные технологии в аграрной науке. - СПб.: СПГАУ. 2005. - С. 33-41.

15.Sablina, J.R. Monitoring of brown rust spore formative activity on wheat cultivars with various plant resistance level / J.R. Sablina, L.E. Kolesnikov, E.A. Vlasova // Absracts of Crop Protection Conference. Management aspects of crop protection and sustainable agriculture. Research, development and information systems. St.Peterburg-Pushkin, May 31-June 3, 2006. p.72-74.

16.Саблина, Ю.Р. Развитие возбудителя бурой ржавчины пшеницы на изогенных линиях Thatcher / Ю.Р.Саблина, JI.E. Колесников, Э.А. Власова, Е.Ю. Фунтикова // Материалы 2-ого Всероссийского съезда по защите растений. (С-Петербург 5-10 декабря 2005 г.). Фитосанитарное оздоровление экосистем. - Т. 1. СПб: ВИЗР. - 2005. - С.207-210.

17. Саблина, Ю.Р. Мониторинг развития местной популяции бурой ржавчины на сортовом разнообразии коллекции Triticum aestivum L. в Северо-Западном регионе РФ / Ю.Р.Саблина, Л.Е. Колесников, Э.А. Власова // Материалы конференции «Экология Санкт-Петербурга и его окрестностей». 5-7 декабря. СПГУ, 2005. - СПб: СПГУ. - 2005. - С. 304-308.

18. Саблина, Ю.Р. Определение площади уредопустул возбудителя бурой ржавчины на образцах мягкой пшеницы с идентифицированными Lr-генами устойчивости / Л.Е. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р.Саблина // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования. Сборник научных трудов СПГАУ. - СПб: СПГАУ. - 2006. - С. 61-68.

19. Kolesnikova, Yu.R. Monitoring of brown and yellow rust evolvement on species diversity of the genus Triticum L. / L.E. Kolesnikov, E.A. Vlasova, Yu.R. Kolesnikova // Abstracts. International conference. Information systems of diagnostics, monitoring and forecasting the major weed plants, pests and diseases of agricultural crops. St.Petersburg - Pushkin, May 12-16, 2008. - P. 49-50.

20.Kolesnikova, Yu.R. Monitoring, modelling and forecast of wheat diseases development in northwest region of Russian Federation / L.E. Kolesnikov, E.A. Vlasova, Yu.R. Kolesnikova, K.A. Funtov //5th International scientific conference of Iran and Russia of Agricultural development problems (Saint-Petersburg, October 8-9). Heads of Reports, SPGAU, 2009,- p. 132-133

21.Колесникова, Ю.Р. Устойчивость генетического разнообразия p. Triticum к основным возбудителям болезней в Северо-Западном регионе РФ / Л.Е. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р. Колесникова// Reports of 5th International scientific conference of Iran and Russia on Agricultural development problems (Saint-Petersburg, October 8-9). SPGAU, 2009,- p. 342-343.

22. Колесникова, Ю.Р. Многомерный анализ патогенеза бурой ржавчины на образцах пшеницы, защищенных Lr-генами / С.И. Мороз, Л.Е. Колесников, Ю.Р. Колесникова// Вестник студенческого научного общества. - Научный журнал. - СПб.:СПбГАУ. - 2010. - с.151-153

23. Колесникова, Ю.Р. Определение числа спор в пустуле возбудителя бурой ржавчины на сортах мягкой пшеницы с идентифицированными Lr-генами РФ / Л.Е. Колесников, Э.А. Власова, Ю.Р. Колесникова// Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: Сборник научных трудов СПГАУ. - СПб.: СПбГАУ. - 2010. - С. 65-69.

Подписано в печать 24.04.2012 Бумага офсетная. Формат 60X90 1/16 Печать трафаретная, усл. печ. л. 1,25 Тираж 100 экз. Заказ 475

Отпечатано с оригинал-макета заказчика в копировально-множительном центре "АРГУС" ИП Семенов М.Ю.

Санкт-Петербург—Пушкин, ул. Пушкинская, д. 28/21, тел.: (812) 451-89-88 Свидетельство 78 № 007196479 от 10.12.08

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Колесникова, Юлия Рудольфовна, Санкт-Петербург

61 12-6/588

На правах рукописи

КОЛЕСНИКОВА Юлия Рудольфовна

ВЛИЯНИЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ И РАЗВИТИЕ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ БОЛЕЗНЕЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДА РФ

По специальностям: 06.01.01 - Общее земледелие и

06.01.07 - Защита растений

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессорФГБОУ ВПО СПбГАУ

Власова Э.А.

кандидат биол. наук, доцент, зав. кафедрой фитопатологии и энтомологии ФГБОУ ВПО СПбГАУ Колесников Л.Е.

Санкт - Петербург 2012

содержание

Введение...................................................................................................................4

1. Современные агротехнологии в повышении продуктивности и качества пшеницы (обзор литературы).................................................................................8

1.1 Современное состояние проблемы производства зерна в России...........8

1.2 Агроэкологические факторы, определяющие продуктивность и качество пшеницы..............................................................................................13

1.3 Современные агротехнологии и молекулярно-генетические исследования в оптимизации фитосанитарного состояния посевов пшеницы..............................................................................................................17

1.4 Влияние фитосанитарного состояния посевов зерновых культур на продуктивность и качество пшеницы..............................................................25

2. Объект, место, условия и методы исследований............................................35

2.1 Объект и место исследования................................................................... 35

2.2 Агрометеорологические условия...............................................................36

2.3 Почвенные условия. Агротехника..............................................................3*7

2.4 Методы исследования..................................................................................39

3. Влияние агроэкологических факторов на продуктивность яровой мягкой пшеницы в условиях Северо-Запада РФ (результаты исследования)..............42

3.1 Продуктивная кустистость и высота растений в зависимости от происхождения и селекционного статуса образцов пшеницы......................42

3.2 Влияние агрометеорологических факторов на площадь флагового листа мягкой пшеницы, определяющего продуктивность колоса................47

3.3 Взаимосвязи между количеством колосков в колосе, длиной

колоса и площадью флагового листа...............................................................50

3.4 Особенности изменения количества зерен в колосе и массы

1000 зерен мягкой пшеницы различного происхождения..............................57

3.5 Биологическая урожайность пшеницы: элементы структуры урожая и особенности их проявления у сортов различного происхождения...................................................................................................60

3.6 Зависимость биологической урожайности от поражения яровой мягкой пшеницы возбудителями болезней листьев.......................................74

4. Анализ влияния возбудителей болезней листьев на урожайность и экономическую эффективность возделывания яровой пшеницы ....................79

4.1 Влияние интенсивности развития бурой ржавчины на структуру урожая мягкой пшеницы....................................................................................79

4.2 Вредоносность бурой ржавчины пшеницы в процессах сопряженного развития болезней листьев.......................................................86

4.3 Экологическая обусловленность развития бурой ржавчины пшеницы и сопряженных инфекций................................................................88

4.4 Влияние повышенных доз азотного питания растений на интенсивность поражения сортов пшеницы возбудителем бурой ржавчины.............................................................................................................91

4.5 Экономическая оценка недобора урожая пшеницы при

развитии бурой ржавчины................................................................................93

Выводы...................................................................................................................95

Рекомендации производству................................................................................97

Список литературы................................................................................................98

Приложение 1. Структура урожая яровой мягкой пшеницы различного происхождения..................................................................................................... 128

Приложение 2. Вредоносность возбудителей болезней пшеницы и анализ влияния агроэкологических факторов на патогенез ........................160

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Пшеница — одна из важнейших стратегических зерновых культур, на долю которой приходится около трети мирового производства зерна, обеспечивающего продовольствием более половины населения земного шара. В Российской Федерации посевы пшеницы занимают более 25 млн. га; яровая пшеница является одной из основных возделываемых зерновых культур и занимает 55-60% от общей площади их посевов. За последние годы около 60% валового сбора зерновых культур в хозяйствах всех категорий России приходилось на пшеницу, а именно 40-50 млн. тонн. При этом валовой сбор яровой пшеницы составлял более 20 млн. т. или в среднем 23 % от всего урожая зерновых (Колье и др., 2006; Росстат, 2011).

Одной из наиболее актуальных задач современного растениеводства является выявление и создание оптимальных условий выращивания данной культуры, способствующих максимальному увеличению ее продуктивности, с учетом конкретных агроэкологических особенностей районов ее культивирования, а также складывающейся фитосанитарной обстановки. В хозяйствах с неблагоприятным фитосанитарным состоянием посевов яровой пшеницы или при наличии в их окружении неблагополучных земель практически невозможно реализовать в полной мере достижения селекции, семеноводства и прогрессивных технологий. Неблагоприятное фитосанитарное состояние агроэкосистем препятствует освоению прогрессивных технологий в земледелии (Захаренко В.А., Захаренко A.B., 2005).

Важными особенностями современного фитосанитарного состояния посевов зерновых являются постоянные изменения структуры популяций патогенов, а также непрерывная трансформация природно-климатического комплекса, напрямую влияющая как на развитие патогенов, так и на поражаемые ими растения (Афанасенко, 2010; Гультяева и др., 2011;

Коваленко; Михайлова; Новожилов, 2011). Из общей посевной площади сельскохозяйственных культур в Ленинградской области 259400 га доля зерновых культур составляет всего 12,2%, причем зерно производится, главным образом, на кормовые цели, а объем производства кормов удовлетворяет лишь 40 % потребности животноводческих хозяйств (Финпро, 2011).

Слабая изученность сортимента яровой пшеницы в условиях короткого безморозного периода и длинного дня обуславливает актуальность проведённых исследований.

Цель и задачи исследований. Цель исследования - дать оценку продуктивности яровой мягкой пшеницы различного эколого-географического происхождения и выявить возможности её реализации в зависимости от влияния агроэкологических факторов в условиях Северо-Запада РФ.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

- Изучить формирование элементов структуры урожая в зависимости от происхождения яровой мягкой пшеницы, сроков создания сортов, морфологических особенностей и агрометеорологических факторов;

- Обосновать возможности повышения биологической урожайности перспективных сортов и линий яровой мягкой пшеницы;

- Оценить влияние интенсивности развития возбудителей болезней на структуру урожая яровой мягкой пшеницы;

- На основании полученных результатов разработать математические модели, описывающие влияние развития возбудителей болезней на снижение биологической урожайности;

- Определить зависимость поражения образцов пшеницы возбудителем бурой ржавчины от повышенных доз минерального питания растений (по азоту);

- Изучить влияние агрометеорологических факторов на интенсивность поражения листьев растений различных сортов и линий яровой мягкой пшеницы возбудителями болезней.

Новизна исследований. Впервые определены статистически обоснованные зависимости между элементами структуры урожая яровой пшеницы, агроэкологическими факторами и интенсивностью поражения мягкой пшеницы возбудителями болезней. Разработаны математические модели, описывающие вредоносность возбудителей болезней пшеницы, в том числе - в смешанных инфекциях, особенности патогенеза в зависимости от морфологических особенностей и происхождения сортов, повышенных доз азотного питания растений.

Практическая значимость. Выявлены сорта яровой мягкой пшеницы, наиболее ценные по продуктивности и уровню адаптивности к условиям Северо-Западного региона России, в том числе - по признаку устойчивости к возбудителям болезней.

Разработанные математические модели вредоносности возбудителей болезней могут быть использованы в производственной практике при планировании мероприятий по защите растений с учетом ожидаемого урожая пшеницы.

Установленные математически обоснованные зависимости структуры урожая пшеницы от агроэкологических факторов, в том числе - от интенсивности развития фитопатогенных микромицетов, позволяют использовать результаты работы в практике общего земледелия и защиты растений для оптимизации технологических схем производства зерна, разработки прогноза фитосанитарного состояния агроэкосистем и предотвращения эпифитотий.

Основные положения, выносимые на защиту.

- Влияние на элементы структуры урожая яровой мягкой пшеницы морфологических особенностей растений и агрометеорологических факторов;

- Биологическая урожайность яровой мягкой пшеницы в зависимости от происхождения различных сортов и линий;

- Зависимость элементов структуры урожая яровой мягкой пшеницы от поражения возбудителями болезней листьев;

- Влияние агроэкологических факторов на развитие возбудителей болезней пшеницы.

Апробация результатов исследований. Основные результаты исследований были доложены и одобрены на конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ (СПб., 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012), на научной конференции СПбГУ «Экология Санкт-Петербурга и его окрестностей» (2005), на Втором Всероссийском съезде по защите растений (2005, ВИЗР), на международных (российско-шведских и российско-иранской) конференциях (СПб., 2005, 2008, 2009), на Международной Вавиловской конференции (ВИР, 2007), на Всероссийской конференции ВИЗР (2008).

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, в том числе двенадцать работ - в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, предложений производству и приложений. Работа изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 26 рисунков, 2 приложения. Список использованной литературы включает 256 наименований, из которых 71 - на иностранных языках.

Личный вклад диссертанта. Подготовка и проведение многолетних полевых опытов, учетов и наблюдений (2000-2011гг.), создание экспериментальной базы данных, необходимые расчеты и математическая обработка полученных результатов осуществлялись лично автором диссертации.

Автор выражает благодарность сотрудникам Отдела генетических ресурсов пшениц ГНУ ВИР Россельхозакадемии, в частности - зав. отделом,

д.б.н. О.П. Митрофановой, в.н.с., к.с.-х.н. Е.В. Зуеву, н.с. С.Н. Стецкж за содействие в работе и семенной материал, предоставленный для изучения.

1. СОВРЕМЕННЫЕ АГРОТЕХНОЛОГИИ В ПОВЫШЕНИИ ПРОДУКТИВНОСТИ И КАЧЕСТВА ПШЕНИЦЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ЗЕРНА В РОССИИ

Состояние сельского хозяйства - это состояние продовольственной безопасности страны и ее продовольственной независимости (Ушачев, 2009). На мировом рынке цены на основные продукты питания (пшеницу, рожь, кукурузу) находятся на рекордно высоком уровне. За последние полгода они выросли на 50 и более процентов, что не может не отражаться и на нашем рынке. Запасы продовольствия в мире резко сократились. Это вызвано растущим спросом в Китае и Индии, изменениями климата и метеорологическими катаклизмами, высокими ценами на энергоносители, минеральные удобрения и возросшими затратами на транспорт. К тому же в последнее время часть зерна стали использовать для производства альтернативного углеводородного топлива. Всё это ведёт к тому, что в мире нарастает угроза голода и недоедания. Опасность нависла над миллионами наиболее незащищённых людей, в том числе и над россиянами (Милосердое, 2010). По оценкам ФАО, количество голодающих в мире выросло в 2007 г. на 75 млн и достигло 923 млн человек (Агаш е1 а1., 2006).

В процессе перехода России к новой экономической (капиталистической) формации и по мере врастания в мировую капиталистическую систему значительно обострились диспропорции в развитии отраслей агропромышленного комплекса (АПК). В результате недостатка у сельских товаропроизводителей средств для приобретения материально-технических ресурсов и ведения нормальной производственной

деятельности не может эффективно использоваться земля, как основное средство сельскохозяйственного производства (Захаренко В.А., Захаренко A.B., 2005).

Сельское хозяйство нашей страны характеризуется низкой культурой земледелия и в 2—3 раза более низкой продуктивностью выращивания основных культур по сравнению со средним мировым уровнем и уровнем стран с интенсивным земледелием и не в состоянии решить проблему продовольственной безопасности (Захаренко В.А., Захаренко A.B., 2005). В России на гектар пашни вносится 16 кг минеральных удобрений, в то время как в мире в среднем — 98 кг. Орошаемые земли в России занимают 4,6 млн. га при площади пашни 121 млн. га (3,8%); в мире соответственно 271,4 млн. га.

Центральное место в рационе питания человека занимают хлебные злаки (Моргун, Шадчина, Kipi3m, 2006; Моргун, Швартау, Kipi3m, 2008). Пшеница является одним из важных источников растительного белка, в котором, наряду со структурными/метаболическими (альбумины, глобулины и другие), содержатся так называемые запасные или клейковинные белки -глиадины и глютенины, играющие важную роль в хлебопечении, изготовлении макарон, спагетти, лапши и других продуктов. Содержание (процент) белка в зерне - один из главных критериев цены на пшеницу на мировом рынке.

Из ведущих стран мира больше всего пшеницы производят Китай, Индия и США, но первые две страны почти все зерно потребляют для собственных нужд, а в США за последние 15 лет валовое производство зерна этой культуры сократилось на 8,5%. Следующими по валовому производству идут Россия, Франция, Канада и Германия. Украина по сбору зерна пшеницы находится на уровне, близком к Великобритании, Австралии, Аргентины (Моргун, Швартау, Киризий, 2008).

Посевы пшеницы в России занимают более 25 млн. га, ее ежегодные валовые сборы - 40-50 млн. т, в том числе товарного зерна - около 20 млн. т

(Росинформагротех, 2003; Отчет ФГУ «Россельхозцентр», 2009). Урожайность зерновых культур в России крайне низка и составляет в России 14,4 ц/га, средняя в мире — 28,3, в США — 56,8 и в Китае — 49,7 ц/га (Захаренко В.А., Захаренко A.B., 2005).

В последние годы к сортам зерновых культур стали предъявляться повышенные требования и со стороны производителей товарного зерна. Экономически развитые страны нуждаются в сортах, позволяющих стабильно получать 6,5-8,0 т и более качественного зерна с 1 га (Великоиваненко, Зинченко, 2001). Экономически слабым странам достаточно иметь сорта с потенциальной урожайностью 5,0-6,0 т качественного зерна с 1 га (Петров, 1996), но более адаптированные к низким агрофонам, поздним срокам сева, менее качественной обработке почвы и др.

Если учитывать прямое потребление (хлеб или приготовленное зерно) с непрямым (порядка 40 % всего на кормовые цели), то зерновые злаки составляют приблизительно две трети общего потребления калорий человеком.

В современной России суточная норма зерна составляет 762 г, а суммарная калорийность хлеба и круп чуть более 2 тыс. ккал. (Милов, 2003).

Если в 1988 г. продовольственная пшеница в структуре урожая составляла по РСФСР более 85 % (данные ГХИ СССР и ВНИИЗ), то в середине 90-х гг. (1995-1996 гг.) - не более 75 %, в 2004 г. - 70% (данные ГХИ РФ), а в 2008 г. - уже менее 60 % (данные ФГУ «Центр оценки качества зерна»). В настоящее время практически отсутствует производство сильной пшеницы (даже из стандарта ГОСТ Р 52554-2006 удален высший класс), остается несколько процентов ценной, в то время как в 80-е годы более 50 % посевов составляли сорта сильной и ценной по качеству пшеницы.

В ЦРНЗ зерновые культуры занимают 2,4 млн га при валовом производстве 4,6 млн т зерна. Хотя в конце 80-х годов площадь под зерновыми культурами составляла 6,4 млн га и валовые сборы доходили до

12,2 млн т. Снижение производства зерна не компенсировалось некоторым ростом урожайности, поскольку сокращение посевных площадей шло еще большими темпами. По прогнозам специалистов, при стимулировании спроса на зерно в среднесрочной перспективе можно ожидать увеличения посевных площадей зерновых культур до 6 млн га и выхода на уровень производства 15 млн т зерна при урожайности 2,5 т/га