Влияние гидротермических факторов на изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника в Ростовской области

Устенко, Алексей Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние гидротермических факторов на изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника в Ростовской области
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Влияние гидротермических факторов на изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника в Ростовской области"

На правах рукописи

Устенко Алексей Александрович

ВЛИЯНИЕ ГИДРОТЕРМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ИЗМЕНЧИВОСТЬ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВ ПОДСОЛНЕЧНИКА В РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

03.02.08 - экология (биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Л Г) * , , ~

I с иыг ¡-иЧ

Ростов-на-Дону - 2012

005012063

Работа выполнена на кафедре генетики, в НИИ биологии Южного федерального университета, в Донской опытной станции им. Л.А. Жданова ВНИИМК Россельхозакадемии

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Усатов Александр Вячеславович

Официальные оппоненты: Казеев Камиль Шагидуллович, доктор

географических наук, кандидат биологических наук, профессор, профессор кафедры экологии и природопользования Южного федерального университета

Копусь Михаил Мефодьевич, доктор биологических наук, профессор кафедры агробиотехнологии Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт растениеводства им. Н.И. Вавилова Россельхозакадемии, г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится 29 марта 2012 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105, ЮФУ, ауд. 304, e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863) 263-87-23).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан « » февраля 2012 г. и размещен в сети Интернет на сайте ЮФУ www.sfedu.ru и на сайте Минобрнауки России www .vak .ed. go v .ru

Ученый секретарь диссертационного совета, ''7// X

доктор биологических наук /V ¡/у' Т.В.Денисова

{/ Si'/'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Изменение климата на Европейской территории России привело за последние два - два с половиной десятилетия к изменению климатических условий различных районов, расположенных на территории Южного федерального округа и в частности Ростовской области (http://climatechange.su). Сельское хозяйство особенно чувствительно к изменениям погоды. Формирование урожая и его сбор в значительной степени (более 30 %) зависят от метеорологических факторов (Васильев, Вильфанд, 2008).

Подсолнечник в нашей стране является основной масличной и одной из наиболее рентабельных с/х культурой. По данным Росстата, валовой сбор подсолнечника в 2011 г. составил в России и Ростовской области 9,4 млн тонн и 966 тыс. тонн соответственно (http://r61-agro.ru). На основе анализа результатов многочисленных агроэкологических сортоиспытаний Дж. Ацци (Атп, 1959) сделал вывод, что урожай всегда есть результат компромисса между продуктивностью и устойчивостью к неблагоприятным факторам среды. Потенциалы продуктивности культивируемых растений и их экологическая устойчивость относительно независимы, так как находятся под контролем разных генетических систем (Жученко, 1995; Кильчевский, Хотылева, 1997).

Погодные условия, оказывающие существенное влияние на рост и развитие подсолнечника в Ростовской области, неустойчивы. Для нашего региона характерны частые засухи, резкие смены температуры. Для разработки эффективных методов оценки и прогнозирования влияния этих изменений на урожайность растений, в частности подсолнечника, необходим в первую очередь анализ изменчивости хозяйственно ценных признаков от двух доминантных климатических факторов - термического режима и количества атмосферных осадков.

Цель и задачи исследования. Цель исследований - изучить влияние гидротермических факторов на изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника, оценить вклад внешней среды в его развитие, провести сравнительный анализ температурного режима и количества атмосферных осадков в различных агроклиматических зонах Ростовской области

Исходя из поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Провести сравнительный анализ динамики температуры воздуха и атмосферных осадков в различных агроклиматических зонах Ростовской области с 2004 г. по 2011 г.

2. Определить вклад внутренних (генотип) и внешних (гидротермических и эдафических) факторов среды в изменчивость хозяйственно ценных признаков (продуктивность, продолжительность вегетации, масса 1000 семянок, высота растений) у сортов и гибридов подсолнечника на сортоиспытательных участках Ростовской области.

3. Изучить зависимости между среднемесячными показателями увлажнения (ГТК) в течение вегетационного периода подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области и его хозяйственно ценными признаками.

4. Провести анализ поражаемости сортов и гибридов заразихой (ОгоЪапсЪе ситапа \ValIr) и ризопусом (Юториэ) в зависимости от температурного режима и количества атмосферных осадков в течение вегетации подсолнечника.

Научная новизна работы. Впервые проведен сравнительный анализ динамики температуры воздуха и атмосферных осадков в различных агроклиматических зонах Ростовской области с 2004 по 2011 гг. Определен вклад почвенно-климатических условий и генотипа в изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника. Установлена зависимость между среднемесячными показателями увлажнения (ГТК) в течение вегетационного периода подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области и его хозяйственно ценными признаками, в том числе поражаемостью заразихой и ризопусом.

Практическая значимость. Результаты исследований можно использовать при подборе генотипов подсолнечника для возделывания в различных агроклиматических условиях Ростовской области.

По результатам работы были подготовлены и изданы рекомендации (2009, 2010, 2011), позволяющие руководителям и специалистам проводить эффективный подбор сортов и гибридов подсолнечника для конкретных хозяйств.

Результаты исследования включены в состав учебных материалов для занятий студентов факультета биологических наук Южного федерального университета по специальным курсам кафедры экологии и генетики.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Основной вклад в изменчивость хозяйственно ценных признаков сортов и гибридов подсолнечника в различных агроклиматических зонах вносят гидротермические и эдафические условия района культивирования.

2. Подсолнечник достигает максимальной продуктивности при определенных среднемесячных показателях увлажнения (ГТК) района возделывания.

3. Температурный режим и количество атмосферных осадков в течение вегетации подсолнечника модулируют его поражаемость заразихой и ризопусом.

Связь работы с научными программами. Исследование выполнено в рамках государственной темы Министерства образования и науки РФ (регистрационный номер: 4.5642.2011), при финансовой поддержке ФЦП Министерства образования и науки РФ, госконтракты № 16.740.11.0485 и № 16.552.11.7024.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является обобщением результатов исследований автора, проведенных в 2004—2011 гг. Тема, цель, задачи, объекты, методы и программа исследования определены автором совместно с научным руководителем. Полевые исследования выполнены автором совместно с сотрудниками ГНУ ДОС ВНИИМК. Анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и основных защищаемых положений сделаны автором при участии научного руководителя.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Экологической научной конференции «Молодежная экологическая конференция» (Ростов-на-Дону, 2009), II Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз Россия 2009» (Пермь, 2009), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (Ростов-на-Дону, 2009, 2011), Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс» (Москва 2010), XV Международной экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирск, 2010), VI международной конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные направления исследований в селекции и технологии возделывания масличных культур» (Краснодар, 2011), VII съезде общества физиологов растений России «Физиология растений - фундаментальная основа экологии и инновационных биотехнологий» (Нижний Новгород, 2011), II Международной научно-практической конференции «Актуальные достижения европейской науки -2011» (София, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, объемом 49,2 п.л., из них 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Доля участия автора в публикациях составляет 22 % (10,8 п.л.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 150 страницах печатного текста. Состоит из общей характеристики диссертации, трех глав, заключения, выводов, списка литературы, приложения. Содержит 38 таблиц, 32 рисунка. Список литературы включает 107 источников, из них 18 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Полевые измерения

Материалом исследования служили сорта и гибриды подсолнечника, проходивших конкурсное сортоиспытание на семи госсортоучастках Инспектуры по Ростовской области ФГУ «Госсорткомиссии» Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ. В 2009-2011 гг. - 20 сортов и гибридов отечественной селекции, в 2009-2010 гг. - 16 гибридов зарубежной

селекции, а также 10 сортов и гибридов, которые испытывали на Донской опытной станции ВНИИМК в 2004-2011 гг. (рис. 1).

Котоао- у»

7 Михайлов*:

)Свлтоао

•гаооботьст

Пенинс*

Нон^таягинй • -.-»

донник/

кгмск*-иахтик***

Сеемый Яр

шковски»! ГОНСЛО*.

Бег^в кагигва

аяСрьс*ии

Новошахтинс* ¿Шахты

РОСТОВ-нД^кавй _на^ОНУ /

? 1(КШЯ>С*

^жстатммоаси0

дВопио«1в

Ч* { ' -

1КЖ0Л

«е

«Мятое Л . „«сак Додгаяшг-

§юм

р е с п V б

.»Г 4 «"Ч»

'.мй. 1 К '

Рис. 1. Географическое расположение сортоиспытательных участков: Шолоховский (1), Тарасовский (2), Ростовский (3), Целинский (4), Орловский (5), Азовский (6), Тацинский (7) Инспектуры по Ростовской области ФГУ «Госсорткомиссии» Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ, ГНУ Донская опытная станция им. Л.А.Жданова ВНИИМК (8).

Конкурсное сортоиспытание подсолнечника проводили согласно методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Анализировали следующие признаки: продолжительность вегетационного периода, высоту растений, массу 1000 семян, урожайность, масличность, поражаемость заразихой и ризопусом.

1.2. Характеристика сортоиспытательных участков

Шолоховский госсортоучасток расположен в северо-западной зоне области на черноземах южных. Бонитет почв для подсолнечника - 37 баллов.

Тарасовский госсортоучасток расположен в северо-западной зоне области на черноземах южных. Бонитет почв для подсолнечника - 39 баллов.

Ростовский госсортоучасток расположен в Приазовской зоне области на черноземах обыкновенных. Бонитет почв для подсолнечника - 52 балла.

Целинский госсортоучасток расположен в южной зоне области на черноземах обыкновенных. Бонитет почв для подсолнечника - 60 баллов.

Орловский госсортоучасток расположен в восточной зоне области на стыке двух почвенных зон - черноземов южных и темно-каштановых почв. Бонитет почв для подсолнечника - 53 балла.

Азовский госсортоучасток расположен в Приазовской зоне области на черноземах обыкновенных. Бонитет почв для подсолнечника - 42 балла.

Тацинский госсортоучасток расположен в северо-восточной зоне области на черноземах южных. Бонитет почв для подсолнечника - 37 баллов (Лобанов, 1997; Безуглова, Хырхырова, 2008).

1.3. Метеорологические данные

Средне областные данные температуры воздуха и атмосферных осадков за 2004-2011 гг. были получены на 19 метеостанциях государственного учреждения «Ростовский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Использовали результаты измерений температуры воздуха и осадков за последние 8 лет (2004-2011) на 5-ти метеостанциях, расположенных в четырех зонах Ростовской области: Северо-Западной, Приазовской, Южной, Восточной в непосредственной близости от сортоиспытательных участков подсолнечника, которые были любезно предоставлены нам начальником ГУ «Ростовский ЦГМС - Р» Н. А. Самолетовой.

В работе также использовали результаты измерений температуры воздуха и атмосферных осадков с января 2004 г. по сентябрь 2011 г. полученные на метеостанции ГНУ ДОС им. Л.А. Жданова ВНИИМК. В качестве величины, характеризующей степень увлажнения территории, использовали условный показатель увлажнения — ГТК (гидротермический коэффициент Селянинова). Он равен отношению суммы осадков за период с t>10 °С к испаряемости. Величину испаряемости условно выражали суммой температур воздуха за период с t>10 °С, уменьшенной в 10 раз (Селянинов,1937).

1.4. Статистическая обработка результатов

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью программы Excel пакета Microsoft Office. Статистическую значимость результатов оценивали по критерию Стьюдента (Доспехов, 1985).

Непараметрический критерий Фридмана и двухфакторный дисперсионный анализ формирования количественных признаков у

подсолнечника в зависимости от сорта (гибрида) и сортоиспытательного участка рассчитывали, согласно (Дмитриев, 1995; Сигел, 2002;)

С целью определения фактической степени параллелизма между двумя количественными рядами изучаемых признаков и оценки установленной связи с помощью количественно выраженного коэффициента использовали коэффициент ранговой корреляции Спирмена (Макаров, Трофимец, 2002).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Динамика климатических факторов в Ростовской области

В таблице 1 представлены среднемесячные значения температуры воздуха в целом по Ростовской области и на пяти метеостанциях, расположенных в четырех зонах Ростовской области: Северо-Западной, Приазовской, Южной, Восточной за период с 2004 по 2010 гг.

Таблица 1

Среднемесячное значение температуры воздуха (°С) на пяти метеостанциях Ростовской области (2004 - 2010)

Метеостанция Месяц \ СевероЗападная зона ст. Казанская СевероЗападная зона | г. Миллерово Приазовская зона г. Ростов-на-Дону Южная зона п. Гигант Восточная зона п. Зимовники Средняя месячная областная

Январь -5,6 -5,4 -3,3 -3,0 -4,3 -4,3

Февршть -5,3 -4,8 -2,2 -1,6 -2,6 -3,8

Март 1,3 1,5 3,6 4,1 3,5 3,0

Апрель 9,3 9,3 10,6 10,7 10,3 9,9

Май* 16,2 16,0 17,0 16,8 16,9 16,7

Июнь* 20,7 20,7 21,9 21,7 22,1 21,5

Июль* 22,3 22,4 23,8 24,2 24,5 23,5

Август* 22,7 23,1 24,7 25,1 25,1 24,1

Сентябрь 15,7 16,3 18,0 18,4 18,2 17,5

Октябрь 8,9 9,2 10,9 11,8 11,1 10,2

Ноябрь 3,6 4,0 5,6 6,0 5,1 4,2

Декабрь -0,6 -0,3 1,6 1,8 0,9 -0,7

Ср. годовая 9,1 9,3 11,0 11,3 10,9 10,1

*вреш вегетации подсолнечника

Из таблицы 1 видно, что среднегодовое значение температуры воздуха в Северо-Западной зоне уступает средне областному показателю примерно

0,8 °С, в Приазовской, Южной и Восточной зонах превышает его на 0,9 °С, 1,2 °С, 0,8 °С, соответственно.

В течение вегетации подсолнечника вариабельность среднемесячных температур на пяти метеостанциях составила в мае 1 °С, в июне - 1,4 °С, в июле - 2,2 °С. Максимальные среднемесячные температуры за семь лет наблюдений зафиксированы в августе и варьируют от 22,7 °С в ст. Казанской до 25,1 °С в п. Зимовники и в п. Гигант.

Максимальная разность среднегодовой температуры воздуха за период исследования составила 2,2 °С (11,3 °С в п. Гигант и 9,1 °С в ст. Казанской). Однако, между Приазовской, Южной и Восточной зонами Ростовской области колебания среднегодовой температуры не превысили 0,4 °С.

В таблице 2 представлено среднемесячное количество атмосферных осадков в целом по Ростовской области и на пяти метеостанциях, расположенных в четырех зонах Ростовской области: Северо-Западной, Приазовской, Южной, Восточной за период с 2004 по 2010 гг.

Таблица 2

Среднемесячное количество атмосферных осадков (мм) на пяти метеостанциях Ростовской области (2004- 2010)

Метео-\станцня Месяц \ СевероЗападная зона ст. Казанская СевероЗападная зона г. Миллерово | Приазовская зона г. Ростов-на-Дону Южная зона п. Гигант Восточная зона п. Зимовники Средняя месячная областная

Январь 55,7 42,5 61,2 35,9 33,7 46,4

Февраль 40,3 45,9 54,2 41,2 34,8 41,7

Март 34,9 37,2 64,8 49,3 41,0 44,4

Апрель 24,3 28,6 38,6 43,5 31,2 26,6

Май* 33,8 56,9 33,2 55,1 62,4 55,3

Июнь* 41,9 33,5 69,1 50,2 44,2 48,0

Июль* 64,7 65,7 49,5 51,8 38,4 48,9

Август* 24,0 30,1 39,0 37,9 17,8 25,4

Сентябрь 24,7 43,2 49,2 52,6 43,2 39,1

Октябрь 40,1 43,5 38,0 36,5 35,6 40,6

Ноябрь 44,4 45,9 48,5 40,4 32,4 38,4

Декабрь 42,2 48,1 57,9 44,4 42,7 48,1

Ср. годовое 471,0 521,1 603,7 539,1 457,5 503,0

*время вегетации подсолнечника

Из таблицы 2 видно, что распределение осадков по территории области происходит крайне неравномерно. В первую очередь это определяется ее

орографией - обширными равнинами и невысокими возвышенностями, а также близостью Азовского, Черного и Каспийского морей (Хрусталев и др., 2003). Вариабельность между среднегодовым количеством атмосферных осадков в различных климатических зонах Ростовской области с 2004 по 2010 гг. достигала 146,2 мм (457,5 мм в Восточной зоне и 603,7 мм в Приазовской зоне).

Различия в количестве осадков особенно заметны в западной части области в районе отрогов Донецкого Кряжа. В целом по области они увеличиваются с северо-востока на юго-запад. Так, например, на севере области (ст. Казанская) за 7 лет наблюдений в среднем ежегодно выпадало 471 мм, на юге (п. Гигант) - 539 мм, на юго-западе (г. Ростов-на-Дону) -603 мм.

Более значительными являются колебания месячных показателей. Количество осадков в ст. Казанская в июле 2008 г. составило 168 мм, а в феврале - лишь 6 мм. в г. Миллерово - максимальный показатель был зафиксирован в мае 2010 г. (114 мм), а августе осадков вообще не было. В г. Ростове-на-Дону в феврале дождливого 2004 г. отмечено 169 мм, а апреле - 18 мм. В этом же году в пос. Гигант (Сальский район) в августе и сентябре 2004 г. выпало по 134 мм, а в мае - только 30 мм.

В течение вегетации подсолнечника, чаще всего в июле-августе, в северозападных и юго-восточных районах области в некоторые годы отмечали практически полное отсутствие осадков. Пример экстремальных погодных условий - 2010 год. Агроклиматические условия этого года характеризуются крупномасштабной засухой, которая привела к значительному снижению урожайности зерновых и масличных культур на всей территории области.

Однако режим осадков в течение этого года был не однородным. Следует отметить избыток осадков выпавших в мае на всей территории области (свыше 95-100 мм). В связи с этим май 2010 г. оказался самым дождливым за прошедшие семь лет. В июне обширная зона дефицита осадков располагалась на юге-востоке (Зимовниковский район), юго-западе (г. Ростов-на-Дону) и северо-западе (Миллеровский район) области. В июле она сместилась на северо-восток (Шолоховский район), а в августе - распространилась на все районы Ростовской области.

Летняя температура воздуха по области в 2010 г. оказалась выше соответствующего показателя рекордного по урожайности с/х культур 2008 г. на 3,5 °С, а количество летних осадков составило только 50-60 %. Сочетание жаркой погоды с большим дефицитом осадков стали причиной снижения более чем на 50 % урожая зерновых и масличных культур в 2010 г. по сравнению с 2008 г. (http://climatechange.su).

Нами проанализирована по данным девятнадцати метеостанций ГУ «Ростовский ЦГМС - Р» динамика среднемесячной температуры и количества атмосферных осадков с января 2004 по октябрь 2011 гг., в целом по

Ростовской области. За рассмотренный период среднемесячная температура имела тенденцию к росту - на 2,2 °С, а среднемесячное количество осадков, напротив, к снижению на 11 мм.

Таким образом, данные метеостанций (2004-2010), расположенных в четырех агроклиматических зонах Ростовской области, свидетельствуют об увеличении среднегодового количества осадков с северо-востока (Шолоховский район - 474 мм), на юго-запад (Ростов-на-Дону - 603 мм), а среднегодовой температуры - с севера (Шолоховский район - 9,1 °С) на юг (Сальский район - 11,3 °С).

Зависимость выражения хозяйственно-ценных признаков подсолнечника от внутренних (генотип) и внешних факторов среды

Конкурсную оценку подсолнечника проводили на семи сортоиспытательных участках Инспектуры по Ростовской области ФГУ «Госсорткомиссии» Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ (рис. 1) в 2009 г. - 10, в 2010 г. - 17, в 2011 г. - 7 сортов и гибридов отечественной селекции.

Показатель урожайности за три года исследований на семи ГСУ из четырех изученных признаков был максимально вариабельным. Так, на Ростовском ГСУ средняя урожайность (23,9 ц/га) в три раза превышает этот показатель на Тацинском ГСУ (7,9 ц/га), а в 2011 г. продуктивность подсолнечника на Орловском ГСУ (4,8 ц/га) была почти в пять раз меньше, чем на Целинском ГСУ (23,1 ц/га). Интересно отметить, что остальные три признака имеют наибольшие средние значения также в Приазовской зоне Ростовской области: вегетационный период (120 дней) на Ростовском ГС У, а высота растений (181 см) и масса 1000 семян (75 г) на Азовском ГСУ. На Тацинском ГСУ, также как и урожайность, подсолнечник показал наименьшие средние значения высоты растений (120 см), массы 1000 семянок (33 г), периода вегетации (99 дней) (табл. 3).

Таблица 3

Средние значения хозяйственно ценных признаков подсолнечника на семи ГСУ Ростовской области (2009-2011)

№ п/п ГСУ Урожайность, ц/га Вегетационный период, ДНИ Высота, см Масса 100 семян, г

2009 2010 2011 Сред. 2009 2010 2011 Сред. 2009 2010 2011 Сред. 2009 2010 2011 Сред.

1 Орловский 8,5 11,7 4,8 8,3 118 111 129 119 147 180 152 160 41 40 28 37

2 Тацинский 9,2 7,7 6,8 7,9 108 100 90 99 110 116 135 120 36 29 33 33

3 Шолоховский 12,3 7,4 6,9 8,9 108 100 90 99 134 148 158 147 66 58 51 57

4 Тарасовский 10,6 15,0 13,1 12,9 104 94 107 101 102 159 136 132 45 35 49 43

5 Ростовский 24,7 26,5 20,4 23,9 ИЗ 123 124 120 145 182 191 173 52 53 45 50

6 Азовский 18,5 20,6 22,1 20,4 108 110 115 111 173 186 184 181 71 75 77 75

7 Целинский 19,1 23,4 23,1 21,9 119 109 113 ИЗ 157 160 197 171 49 54 52 51

Средн. на семи ГСУ 14,7 16,0 13,9 14,9 111 107 110 109 138 162 165 154 51 49 48 49

Таблица 4

Зависимость изменчивости хозяйственно-ценных признаков подсолнечника от внутренних (генотип сорта или гибрида) и внешних (почвенно-климатические условия сортоиспытательного участка) факторов (2009-2011)

Признаки Зависимости Год Степень влияния р-значение

Парам, метод Непарам, метод Парам, метод Непарам, метод

Урожайность, ц/га По сортам 2009 нет нет 0,13 0,06

2010 нет нет 0,29 0,24

2011 нет нет 0,24 0,36

Урожайность, ц/га По участкам 2009 82% есть 1Е-20 1Е-09

2010 86% есть 2Е-42 1Е-17

2011 96% есть 2Е-25 4Е-07

Вегет. период, дни По сортам 2009 34% есть ЗЕ-14 2Е-07

2010 10 % есть 6Е-04 0.001

2011 14% есть 1Е-08 4Е-06

Вегет. период, дни По участкам 2009 56% есть 5Е-20 4Е-09

2010 69% есть 1Е-28 ЗЕ-14

2011 81 % есть ЗЕ-20 6Е-07

Высота растений, см По сортам 2009 16% есть 4Е-10 1Е-08

2010 18% есть 2Е-11 ЗЕ-07

2011 14% есть ЗЕ-04 7Е-04

Высота растений, см По участкам 2009 75% есть 2Е-25 5Е-10

2010 69% есть 3E-35 ЗЕ-15

2011 71 % есть 2Е-12 6Е-06

Масса 1000 семян, г По сортам 2009 нет нет 0,59 0,8

2010 14% есть 9Е-09 0,01

2011 нет нет 0,24 0,1

Масса 1000 семян, г По участкам 2009 79% есть 1Е-17 1Е-08

2010 72% есть 4Е-35 7Е-17

2011 88% есть 1Е-16 ЗЕ-06

В таблице 4 приведены зависимости изменчивости хозяйственно-ценных признаков подсолнечника от внутренних (генотип сорта или гибрида) и внешних (почвенно-климатические условия сортоиспытательного участка) факторов 2009-2011 гг., рассчитанные с помощью двухфакторного дисперсионного анализа без повторений и непараметрического рангового критерия Фридмана.

Хорошо видно, что подавляющий вклад в изменчивость всех исследованных признаков у сортов и гибридов подсолнечника, проходящих конкурсное испытание на семи ГСУ, расположенных в различных климатических зонах Ростовской области, вносит внешняя среда, т.е. гидротермические и эдафические условия района культивирования. Так, степень влияния внешних факторов в изменчивость урожайности, продолжительности вегетационного периода, массы 1000 семянок, и высоты растений составила в 2009 г. - 82, 56, 79, 75 %, в 2010 г. - 86 , 69, 72 и 69 %, в 2011 г. - 96, 81, 88, 71 %, соответственно. То есть вклад внешней среды в изменчивость основных хозяйственно ценных признаков за три года наблюдений (2009-2011) в среднем составил: в продуктивность - 88 % (8296 %); в продолжительность вегетации - 69 % (56-81 %); в высоту растений -72 % (69-75 %) и в массу 1000 семянок - 80 % (72-88 %).

Следует заметить, что, по логике дисперсионного анализа, общая групповая дисперсия складывается не только из дисперсий групповых средних по рассматриваемым факторам, но и из средней групповой дисперсии остаточных факторов. Это означает, что сумма влияний рассматриваемых факторов обычно меньше 100 %.

Непараметрические методы (табл. 4) качественно подтвердили результаты, полученные традиционным двухфакторным анализом без повторений.

Сравнительный анализ хозяйственно-ценных признаков подсолнечника отечественной и зарубежной селекции

Конкурсное испытание подсолнечника проводили на четырех сортоиспытательных участках Инспектуры по Ростовской области ФГУ «Госсорткомиссии» Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ в 2009-2010 гг. - 19 сортов и гибридов отечественной и 16 гибридов зарубежной селекции.

В таблице 5 приведены средние показатели урожайности исследованных генотипов подсолнечника на четырех сортоиспытательных участках. Наибольший средний показатель продуктивности за годы исследования был получен в 2010 г. на Ростовском ГСУ как у отечественных сортов и гибридов (26,5 ц/га), так и у импортных гибридов (28,4 ц/га), а наименьший в 2009 г. -на Орловском ГСУ 8,5 ц/га и 8,8 ц/га соответственно. Интересно отметить, что

к средней урожайности подсолнечника (по данным Росстата - около 10 ц/га) в Ростовской области в 2009-2010 гг. наиболее близки показатели Тарасовского ГСУ и Орловского ГСУ. Тогда как средняя урожайность всех исследованных генотипов на четырех сортоиспытательных участках на 60 % в 2009 г. и на 80 % в 2010 г. превышает этот показатель.

Таблица 5

Урожайность сортов и гибридов подсолнечника отечественной и зарубежной селекции на ГСУ Инспектуры по Ростовской области ФГУ _ «Госсорткомиссии» (2009-2010)__

Признаки ~~~~—__^ Орловский Ростовский Тарасовский Целинский

отеч. | зарубеж. отеч. | зарубеж. отеч. 1 зарубеж. отеч. | зар\беж.

2009 г.

Урожайность, ц/га 8,5 8,8 24,7 25,2 10,6 11,0 19,1 20,2

2010 г.

Урожайность, ц/га 11,7 11,7 26,5 28,4 15,0 11,8 23,4 20,8

Следует отметить, что показатели в 2009 г. уступают таковым в 2010 г. на четырех сортоиспытательных участках. Это может быть связано с низким гидротермическим коэффициентом первых двух месяцев вегетации. ГТК мая и июня в 2009 г. на 1/3 меньше аналогичного показателя в 2010 г.

Средняя урожайность сортов и гибридов отечественной селекции в 2009-2010 гг. на четырех сортоиспытательным участкам составила 17,4 ц/га, а гибридов зарубежной селекции - 17,2 ц/га. Следовательно, можно сделать вывод, что по урожайности отечественные промышленные формы подсолнечника в Ростовской области не уступают импортным гибридам. Следует отметить, что стоимость одного килограмма семенного материала российской селекции в Ростовской области в январе 2012 г. составила в среднем 110-250 рублей (для сортов) и 200-280 руб. (для гибридов) (http:// www.dos-vniimk.ru), что как минимум в два раза дешевле стоимости семенного материала импортных гибридов.

Влияния климатических факторов на изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области

В таблице 6 приведены ежемесячные значения интегрированного показателя атмосферных осадков и температуры воздуха - гидротермического коэффициента (ГТК) за 2004-2011 гг. Видно, что в течение 8 лет наблюдений средние показатели ГТК вегетационного периода подсолнечника варьируют в широких пределах: от 0,22 (2007) до 1,09 (2005), что связано, в первую

очередь, с динамикой выпавших осадков. Показатели среднемесячных значений ГТК также варьируют, но в значительно меньшей степени, при чем наблюдается обратная зависимость показателей ГТК в течение вегетационного периода подсолнечника: май (1,01), июнь (0,71), июль (0,68), август (0,46). Следует заметить, что влагообеспеченность районов для выращивания сельскохозяйственных культур оценивается на основании значений ГТК: менее 0,3 - очень сухо, от 0,3 до 0,5 - сухо, от 0,5 до 0,7 - засушливо, от 0,7 до 1,0 недостаточное увлажнение, 1,0 - равенство прихода и расхода влаги, от 1,0 до 1,5 - достаточное увлажнение, более 1,5 - избыточное увлажнение (Агроклиматический атлас мира, 1972).

Таблица 6

Гидротермический коэффициент на Донской опытной станции им. Л. А. Жданова ВНИИМК (2004-2011)

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Среднее -месячный показатель

Май* 0,50 0,70 1,15 0,11 0,99 0,90 2,50 1,25 1,01

Июнь 1,30 1,40 1,60 0,17 0,21 0,02 0,23 0,73 0,71

Июль 0,90 1,60 0,85 0,16 0,39 0,61 0,47 0,47 0,68

Август** 0,80 0,50 0,12 0,51 0,03 0,73 0,06 0,90 0,46

Средний показатель периода вегетации 0,88 1,09 0,83 0,22 0,31 0,50 0,81 0,84 0,69

*ГТК мая рассчитывали, с учетом срока посева подсолнечника. **ГТК августа рассчитывали с учетом срока вегетации подсолнечника.

На основании средних показателей ГТК вегетационного периода подсолнечника можно заключить, что за исключением 2005 г. (ГТК 1,09) Приазовскую зону Ростовской области можно характеризовать от очень сухой (ГТК 0,22; 2007 г.) до недостаточного увлажнения (ГТК 0,88; 2004 г.) и в среднем (ГТК 0,69) как засушливый район для возделывания культурных растений.

При анализе ежемесячных значений ГТК на ГНУ ДОС ВНИИМК в периоды вегетации подсолнечника за восемь лет исследований наблюдали все степени увлажнения: от очень сухой (май 2007 г, июнь 2007-2010 гг., июль 2007, 2008 гг., август 2006, 2008, 2010) до избыточного увлажнения (май 2010 г., июнь 2006 г., июль 2005 г.). Наименьшее среднее значение ГТК за время исследований зафиксировали в августе - 0,46, а наибольшее в мае -более 1.

а) ГТК мая-урожайность

б) ГТК июня-урожайность

Рис. 2. Динамика урожайности подсолнечника в зависимости от гидротермического коэфициента на ДОС ВНИИМК (2004-2011)

Анализ урожайности шести форм подсолнечника селекции ГНУ ДОС ВНИИМК в зависимости от динамики среднего ГТК вегетационного периода (рис. 2 (3) свидетельствует, что подсолнечник в Приазовской зоне Ростовской области достигает максимальных показателей при гидротермическом коэффициенте 0,81. С дальнейшим ростом ГТК урожайность подсолнечника снижается. Вероятно, это вызвано развитием многочисленных болезней, и в первую очередь, грибных которые при высоком увлажнении с/х угодий и высокой температуре могут значительно снижать урожайность этой культуры. Косвенным подтверждением этого предположения, являются результаты, приведенные на рисунке 2 г. В августе между урожайностью и значениями ГТК наблюдается обратная зависимость. То есть высокое увлажнение в данный период, на заключительных фазах вегетации растений, стимулирует развитие бактериальной и грибной инфекции.

В целом, следует отметить достаточно стабильную продуктивность изучаемых форм подсолнечника - диапазон вариабельности среднего значения шести генотипов за исследуемый период был около 4 ц/га. Наиболее продуктивными зарекомендовали себя гибриды Партнер и Престиж, которые даже с учетом экстремальных климатических сезонов продемонстрировали в среднем за восемь лет более 23 ц/га, а наименее продуктивным - раннеспелый гибрид Донской 22 - только 19,1 ц/га.

Анализ высоты растений от динамики среднего ГТК всего периода вегетации подсолнечника продемонстрировал прямую зависимость показателей. Однако зависимости среднемесячных ГТК и высоты растений имеют неоднозначный характер. Так, например, в мае с ростом ГТК до значения 1,15 увеличиваются показатели высоты растений, при дальнейшим повышении ГТК до 2,5 включительно высота растений у всех генотипов подсолнечника в различной степени снижается. ГТК июня в пределах от 0,2 до 1,6 практически не влияет на показатели роста подсолнечника. В июле показана прямая зависимость высоты растений от ГТК. Максимальные показатели высоты растений получены при значениях ГТК августа в широком диапазоне от 0,12 до 0,51, с повышением ГТК до 0,9 происходит снижение роста растений.

Масличность семян подсолнечника оказалась стабильной в течение всего периода исследований и практически не зависела от динамики изучаемых факторов среды. Средний показатель масличности шести промышленных форм за восемь лет составил 47 %.

Таким образом, установлено, что при значении ГТК около 0,8 исследованные генотипы подсолнечника достигают максимальных показателей урожайности и высоты растений. Масличность семян, несмотря на диапазон среднего значения ГТК за вегетационный период от 0,22 до 1,09, остается стабильной.

Зависимость иоражаемости заразихой и ризопусом сортов и гибридов подсолнечника от динамики гидротермического коэффициента района возделывания

В таблице 7 приведена корреляционная зависимость (по Спирмену) между устойчивостью к заразихе и ризопусу изучаемых форм подсолнечника и динамикой ГТК за период 2005-2009 гг. В эксперименте использовали три группы сортов и гибридов: раннеспелые - Казачий, Партнер, Донской 151, Донской 22; среднеранние - Донской 60, Престиж, Сигнал, Гарант; среднеспелые - Азовский, Донской 1448, проходивших конкурсное испытание на ДОС ВНИИМК.

Видно, что погодные условия мая и августа не влияют на уровень поражаемости заразихой всех исследуемых форм подсолнечника. Положительные корреляции с погодными условиями июня выявлены только у неустойчивых гибридов. А погодные условия июля стимулируют поражаемость заразихой, за исключением гибрида Гарант, у всех изучаемых генотипов.

Таблица 7

Зависимость поражаемости заразихой и ризопусом сортов и гибридов подсолнечника от динамики гидротермического коэффициента на ДОС ВНИИМК (согласно ранговой корреляции по Спирмену) (2005-2009)

Месяц Поражаемость заразихой Поражаемость ризопусом

Май* - -

Июнь +Донской 151 +Донской 22 +Гарант +Сигнал +Партнер +Донской 22 +Донской 60 +Гарант +Престиж +Сигнал +Азовский +Донской 1448

Июль +Донской 151 +Партнер +Донской 22 +Донской 60 +Престиж +Сигнал +Донской 1448 +Донской 151

Август* - -

Примечание: «+» - положительная ранговая корреляция по Спирмену (достоверность > 95 %). ♦Не обнаружено достоверного влияния на поражаемость заразихой и ризопусом ГТК мая и августа

Независимо от срока вегетации, за исключением раннеспелого сорта -стандарта Казачий с максимальной устойчивостью к ризопусу и гибрида

Донской 151 из этой группы, изученные формы продемонстрировали достоверную зависимость между действием климатических факторов июня (показатель ГТК) и уровнем поражаемости этим патогеном.

Однако у наиболее чувствительного к ризопусу гибрида Донской 151 обнаружена положительная зависимость не от ГТК июня, а от ГТК июля. Устойчивость к ризопусу, так же как и к заразихе, не зависела от гидротермических показателей мая и августа.

Можно заключить, что исследованные раннеспелые и среднеспелые сорта и гибриды проявляют высокую устойчивость к заразихе (за исключением гибрида Донской 22) относительно среднеранних форм.

Высокую устойчивость к ризопусу продемонстрировали среднеранние и среднеспелые формы подсолнечника, а раннеспелая группа оказалась более чувствительной к этому патогену (гибриды Донской 151 и Партнер).

Таким образом, определена прямая зависимость поражаемое™ сортов и гибридов подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области заразихой от ГТК июня и июля. Поражаемость ризопусом положительно коррелирует с ГТК июня.

Выводы

1) Показана тенденция (2004—2011) к увеличению среднегодового количества осадков с северо-востока (Шолоховский район - 474 мм), на юго-запад (Ростов-на-Дону - 603 мм), а среднегодовой температуры - с севера (Шолоховский район - 9,1 °С) на юг (Сальский район - 11,3 °С).

2) Вклад гидротермических и эдафических условий района культивирования в изменчивость хозяйственно ценных признаков у сортов и гибридов подсолнечника, проходивших в 2009-2011 гг. конкурсное испытание на семи ГСУ, расположенных в различных агроклиматических зонах Ростовской области составил: урожайности - 88 %; продолжительности вегетации - 69 %; высоты растений - 72 %; массы 1000 семян - 80 %.

3) Сравнительный анализ средних показателей урожайности у сортов и гибридов подсолнечника отечественной (17,4 ц/га) и зарубежной (17,2 ц/га) селекции, проходивших в 2009-2010 гг. конкурсное испытание на четырех ГСУ, свидетельствует об отсутствии существенных различий.

4) Для Приазовской зоны Ростовской области определены оптимальные ежемесячные значения ГТК, при которых подсолнечник достигал максимальной урожайности. А именно: ГТК мая - 1,2; ГТК июня - 1,6; ГТК июля - 0,81, ГТК августа - 0,1 и среднее значение ГТК периода вегетации -0,81. Масличность семян, несмотря на диапазон среднего значения ГТК (20042011 гг.) за вегетационный период от 0,22 до 1,09, остается стабильной.

5) Определена прямая зависимость поражаемости сортов и гибридов подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области заразихой от ГТК июня и июля. Поражаемость ризопусом положительно коррелирует с ГТК июня.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. У стен ко А. А., Горбаченко Ф. И., Горбаченко О. Ф., Денисенко Ю. В., Усатое А. В. Формирование хозяйственно ценных признаков у сортов и гибридов подсолнечников в зависимости от климатических условий // «Известия высших учебных заведений». Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2010. - № 2 (156). - С. 116-119 (25 % 0,4 п. л.).

2. Устенко А. А., Горбаченко О. Ф., Денисенко Ю. В., Усатое А. В. Зависимость поражаемости подсолнечника заразихой и ризопусом от климатических факторов // Валеология. - 2010. - № 2. - С. 44-50 (30 % 0,6 п. л.).

3. Усатое А. В., Устенко А. А., Трехсвояков С.Н., Денисенко Ю. В. Анализ изменчивости хозяйственно ценных признаков у сортов и гибридов подсолнечника на сортоиспытательных участках Ростовской области // Масличные культуры. -2011. -№ 1. - С. 23-29 (30% 0,4 п. л.).

4. Усатое А. В., Устенко А. А., Горбаченко Ф. И., Горбаченко О. Ф., Денисенко Ю. В. Влияния климатических факторов на изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области [Электронный ресурс] / Современные проблемы науки и образования: Электронный журнал. - 2012. - № 1; URL: www.science-education.ru/101-5505 (дата обращения: 13.02.2012) (25 % 0,4 п. л.).

Монография (коллектив авторов):

5. Усатое А. В., Федоренко Г.М., Устенко А. А. и др. Влияние климатических факторов на формирование морфофизиологических признаков подсолнечника // Нехромосомные мутации подсолнечника. -Ростов н/Д: Издательство ЮФУ, 2011. - 264 с. (15 % 20,93 п. л.).

Рекомендации:

6. Трехсвояков С. Н., Паршина О. А., Бойко Л. В., Устенко А. А. Сортовой состав сельскохозяйственных культур, рекомендованных для возделывания в Ростовской области на 2009 год (рекомендации). -Ростов н/Д, 2009. - 120 с. (25 % 7,3 п. л.).

7. Трехсвояков С. Н„ Паршина О. А., Бойко Л. В., Устенко А. А. Сортовой состав сельскохозяйственных культур, рекомендованных для возделывания в Ростовской области на 2010 год (рекомендации). -Ростов н/Д, 2010.-124 с. (25 % 7,3 п. л.).

8. Трехсвояков С. II., Паршина О. А., Бойко Л. В., Устенко А. А. Сортовой состав сельскохозяйственных культур, рекомендованных для возделывания в Ростовской области на 2011 год (рекомендации). -Ростов н/Д, 2011. - 132 с. (25 % 7,4 п. л.).

9. Трехсвояков С. II, Паршина О. А., Бойко Л. В., Устенко А. А. Урожайность сортов и гибридов сельскохозяйственных культур на госсортоучастках в Ростовской области на 2011 год (рекомендации). -Ростов н/Д, 2011. - 64 с. (25 % 3,1 п. л.).

Статьи и тезисы в других изданиях:

10. Устенко А. А., Денисенко Ю. В. Исследование зависимости формирования хозяйственно ценных признаков у подсолнечника от фактора внешней среды // Матер. I Молодежной экологич. науч. конф. «Молодежная экологическая конференция 2009». - Ростов н/Д, 2009. -С. 9-11 (50% 0,1 п. л.).

11. Устенко А. А. Влияние климатических условий на рост и продуктивность сортов и гибридов подсолнечника, культивируемых в Ростовской области // Матер. II Всероссийского с международным участием конгресса студентов и аспирантов-биологов «Симбиоз Россия 2009». - Пермь, 2009. - С. 176-177 (100 % 0,06 п. л.).

12. Устенко А. А., Денисенко Ю. В., Горбаченко О. Ф., Усатое А. В. Зависимость формирования хозяйственно ценных признаков подсолнечника от климатических факторов // Матер. III Междунар. науч.-практич. конф. «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины». - Ростов н/Д, 2009. - С. 122-124 (30 % 0,1 п. л.).

13. Устенко А. А., Усатое А. В. Изменчивость морфофизиологических признаков подсолнечника в зависимости от действия климатических факторов // Тезисы докладов Всероссийского симпозиума «Растение и стресс». - М., 2010. - С. 364-365. (50 % 0,05 п. л.).

14. Устенко А. А. Влияние климатических факторов на устойчивость подсолнечника к заразихе и ризопусу // Матер. XV Междунар. экологической конференции «Экология России и сопредельных территорий». - Новосибирск, 2010. - С. 145-146 (100 % 0,06 п. л.).

15. Устенко А. А. Зависимость показателей количественных признаков сортов и гибридов подсолнечника от гидротермического коэффициента // Матер. VI Междунар. конф. молодых ученых и специалистов «Инновационные направления исследование в селекции и технологии возделывания масличных культур». - Краснодар, 2011. - С. 336-339 (100% 0,2 п. л.).

16. Устенко А. А., Усатое А. В. Влияние климатических факторов на жирнокислотный состав масла подсолнечника // Матер. 7-ого съезда общества физиологов растений России «Физиология растений -фундаментальная основа экологии и инновационных биотехнологий». -Н. Новгород, 2011. - С. 710-711 (50 % 0,05 п. л).

17. Устенко А. А., Трехсвояков С. Н., Усатое А. В. Сравнительный анализ хозяйственно-ценных признаков подсолнечника отечественной и зарубежной селекции // Матер. II Междунар. науч.-практич. конф.

«Актуальные достижения европейской науки - 2011». - София, 2011. -С. 226-230 (40 % 0,23 п. л).

18. Устенко А. А. Зависимость изменчивости хозяйственно ценных признаков подсолнечника отечественной и зарубежной селекции от внутренних и внешних факторов // Матер, восьмой Всероссийской дистанционной науч.-практич. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные проблемы устойчивого развития агропромышленного комплекса России». - п. Персиановский, 2011.- С. 29-32 (100 % 0,2 п. л.).

19. Устенко А. А., Стригунов Ю. В. Влияние климатических факторов на урожайность сельхозкультур в Ростовской области // Матер. IV Междунар. науч.-практич. конф. «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины». Ростов н/Д, 2011. - С. 201-202 (50 % 0,05 п. л).

20. Усатое А. В., Устенко А. А., Стригунов Ю. В. Анализ изменчивости климатических факторов Ростовской области // Матер. 13-й Междунар. науч.-практич. конф. «Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго- и ресурсосбережение». - Ростов н/Д; пос. Новомихайловский, 2011. - Т. 2. - С. 119-124 (40 % 0,3 п. л.).

Учебное издание:

21. Устенко А. А., Усатое Л. В. Болезни и вредители подсолнечника. -

Ростов н/Д, 2010. - 110 с. (50 % 6,3 п. л.).

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВНИИМК — Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур им. B.C. Пустовойта,

ГНУ ДОС - государственное научное учреждение Донская опытная станция,

ГСУ — государственный сортоиспытательный участок, ГТК— гидротермический коэффициент.

Подписано в печать 20.02.2012 г. Формат 60x84 !/i6. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 2216

Отпечатано в типогрзфии ЮФУ. 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 200/1 .Тел. (863) 247-80-51.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Устенко, Алексей Александрович, Ростов-на-Дону

61 12-3/797

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УСТЕНКО АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

03.02.08 - экология (биологические науки)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: д.б.н. Усатов A.B.

РОСТОВ-НА-ДОНУ 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИИ...................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................10

1.1. Изменение климата...............................................................10

1.1.1. Изменение климата в мире................................................10

1.1.2. Многолетние изменения температуры воздуха в России..........13

1.1.3. Многолетние изменения атмосферных осадков в России..........16

1.1.4. Агроклиматические условия в России.................................19

1.2. Биологические особенности подсолнечника................................22

1.2.1.Описание сортов и гибридов подсолнечника.........................29

1.3. Болезни подсолнечника..........................................................37

1.3.1. Сухая гниль корзинок (ризопус) ........................................37

1.3.2. Заразиха подсолнечниковая...............................................40

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ..................46

2.1. Полевые измерения..............................................................46

2.2. Метеорологические данные....................................................49

2.3. Статистическая обработка результатов......................................50

2.4. Двухфакторный дисперсионный анализ формирования количественных признаков у растений подсолнечника в зависимости от сорта (гибрида) и сортоиспытательного участка.......................................................50

2.5. Непараметрический критерий Фридмана...................................54

2.6. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена............................55

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ........56

3.1. Динамика климатических факторов в Ростовской области..............56

3.2. Формирование хозяйственно ценных признаков подсолнечника в зависимости от внутренних (генотип) и внешних факторов среды на сортоиспытательных участках Ростовской области............................71

3.2.1. Анализ изменчивости урожайности у сортов и гибридов подсолнечника...........................................................................71

3.2.2. Анализ изменчивости продолжительности вегетационного периода у сортов и гибридов подсолнечника.....................................79

3.2.3. Анализ изменчивости высоты растений у сортов и гибридов подсолнечника..........................................................................87

3.2.4. Анализ изменчивости размера семян у сортов и гибридов подсолнечника..........................................................................95

3.2.5. Зависимость выражения хозяйственно ценных признаков подсолнечника от внутренних (генотип) и внешних факторов среды.....103

3.3. Сравнительный анализ хозяйственно ценных признаков подсолнечника отечественной и зарубежной селекции.............................................105

3.4. Влияние гидротермических факторов на изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области......................................................................................108

3.5. Зависимость поражаемости заразихой и ризопусом сортов и гибридов подсолнечника от динамики гидротермического коэффициента района возделывания..........................................................................120

Заключение................................................................................126

Выводы....................................................................................129

Список литературы......................................................................130

Приложение...............................................................................140

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИИ

Актуальность темы. Изменение климата на Европейской территории России привело за последние два - два с половиной десятилетия и к изменению климатических условий различных районов, расположенных на территории Южного федерального округа и в частности Ростовской области (http://climatechange.su). Сельское хозяйство особенно чувствительно к изменениям погоды. Формирование урожая и его сбор в значительной степени (более 30 %) зависят от метеорологических факторов (Васильев, Вильфанд, 2008).

Подсолнечник в нашей стране является основной масличной и одной из наиболее рентабельных с/х культурой (Лысоченко, 2008). По данным Росстата, валовой сбор подсолнечника в 2011 г. составил в России и Ростовской области 9,4 млн тонн и 966 тыс. тонн соответственно (Ьйр://г61-agro.ru). Однако средняя урожайность 2011 г. в сельхозпредприятиях нашей области почти на 40 % уступает показателям, достигнутым еще в 1990 г. (рис. 1).

На основе анализа результатов многочисленных агроэкологических сортоиспытаний Дж. Ацци (Агг1, 1959) сделал вывод, что урожай всегда есть результат компромисса между продуктивностью и устойчивостью к неблагоприятным факторам среды. Потенциалы продуктивности культивируемых растений и их экологическая устойчивость относительно независимы, так как находятся под контролем разных генетических систем (Жученко, 1995; Кильчевский иХотылева, 1997).

Создание гибрида или сорта включает как получение и отбор перспективных комбинаций ядра и цитоплазмона, так и поиск экологической ниши в которой эти новые генотипы могут наиболее полно реализовать высокую продуктивность, физиологическую стабильность и качество продукции, как основной вектор селекции растений. Селекционеры отбирают не генотипы, как таковые, поскольку отбор, в том числе и искусственный, непосредственно направлен на фенотипы, а изучают их нормы реакции в зависимости от абиотических и биотических факторов внешней среды (Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям, 1988).

зГ сг

го

Э"

о с: с ф л

со

О) и

о а

1200

1000

800

600

400

200

и 1990 1991-1995 С|>едн 1990-2000 среди 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2000 2007 2008 2009 2010 2011

Посевные площади тыс га 455.1 597 820,2 890.1 79?.5 809 3 1080.2 1024.4 1103,0 1328,1 1238.9 1241 949.7 877 825.7

— ^ «»УрожаГжостъ. ц/га 18,? 13 8.0 9.9 7.3 10 9 11 11.0 13.0 12 9 9,7 12.2 9.4 10.2 11.8

Рис. 1. Посевные площади и урожайность подсолнечника в Ростовской области за 1990-2011 гг.

Не вызывает сомнений, что гибрид или сорт как основа технологии возделывания любой с/х культуры является результатом сложного взаимодействия генотип-среда, поскольку может реализовать свой продукционный потенциал и технологические свойства только в конкретных условиях среды (Кильчевский, 2008).

Погодные условия, оказывающие существенное влияние на рост и развитие подсолнечника в Ростовской области, неустойчивы (Хрусталев и др., 2002/ Для нашего региона характерны частые засухи, резкие смены температуры. Для разработки эффективных методов оценки и прогнозирования влияния этих изменений на урожайность растений, в частности подсолнечника, необходим в первую очередь анализ изменчивости хозяйственно ценных признаков от двух доминантных климатических факторов - термического режима и количества атмосферных осадков.

Исходя из поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Провести сравнительный анализ динамики температуры воздуха и атмосферных осадков в различных агроклиматических зонах Ростовской области с 2004 по 2011 гг.

3. Изучить зависимости между среднемесячными показателями увлажнения (ГТК - гидротермический коэффициент Селянинова) в течение вегетационного периода подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области и его хозяйственно ценными признаками.

4. Провести анализ поражаемости сортов и гибридов заразихой {ОгоЪапсНе ситапа Жа11г) и ризопусом (ЯЫгорш) в зависимости от температурного режима и количества атмосферных осадков в течение вегетации подсолнечника.

Научная новизна работы. Впервые проведен сравнительный анализ динамики температуры воздуха и атмосферных осадков в различных агроклиматических зонах Ростовской области с 2004 по 2011 гг. Определен вклад гидротермических и эдафических условий и генотипа в изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника. Установлена зависимость между среднемесячными показателями увлажнения (ГТК) в течение вегетационного периода подсолнечника в Приазовской зоне Ростовской области и его хозяйственно ценными признаками, в том числе поражаемостью заразихой и ризопусом.

Практическая значимость. Результаты исследования можно использовать при подборе генотипов подсолнечника для культивирования в различных агроклиматических условиях Ростовской области.

По результатам работы были подготовлены и изданы рекомендации (2009, 2010, 2011), позволяющие руководителям и специалистам аграриям проводить эффективный подбор сортов и гибридов подсолнечника для конкретных хозяйств.

Основные положения, выносимые на защиту.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является обобщением результатов исследований автора, проведенных в 2004-2011 гг. Тема, цель, задачи, объекты, методы и программа исследования определены автором совместно с научным руководителем. Полевые исследования выполнены автором совместно с сотрудниками ДОС ВНИИМК. Анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и основных защищаемых положений сделаны автором при участии научного руководителя.

сопредельных территорий» (Новосибирск, 2010), VI международной конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные направления исследование в селекции и технологии возделывания масличных культур» (Краснодар, 2011), VII съезде общества физиологов растений России «Физиология растений - фундаментальная основа экологии и инновационных биотехнологий» (Нижний Новгород, 2011), II Международной научно-практической конференции «Актуальные достижения европейской науки -2011» (София, 2011).

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Изменение климата

1.1.1. Изменение климата в мире

Проводимые учеными различных стран мира исследования позволяют строить прогнозы изменений климата на длительный срок (вплоть до конца XXI в.), рассматривая при этом различные сценарии природных и антропогенных воздействий на климатическую систему и оценивая в качестве предполагаемой реакции на эти воздействия изменения в ней. Признавая важность таких исследований, следует отметить, что остается открытым вопрос о первоначальных мерах реагирования на те изменения климата, которые наблюдаются уже сейчас и ожидаются в ближайшей перспективе (Груза, Ранькова, 2004).

Первая Рабочая группа Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) установила, что климат изменяется и становится теплее. В течение XX в. среднегодовая температура у поверхности земли увеличилась на 0,6 °С. В течение XX в. средний уровень моря повысился на 0,1-0,2 м. В большинстве районов высоких и средних широт Северного полушария на 0,5-1 % увеличилось количество атмосферных осадков. В последнее десятилетие в некоторых районах Азии и Африки увеличилась повторяемость и интенсивность засух. Начиная с 1950-х гг., стали более частыми, устойчивыми и интенсивными такие явления, как Эль-Ниньо.

Спутниковые данные свидетельствуют о том, что, начиная с конца 1960-х гг. произошло уменьшение площади снежного покрова примерно на 10 %. Примерно на две недели уменьшилась продолжительность существования ледяного покрова на реках и озерах в средних и высоких широтах северного полушария. Наблюдалось повсеместное отступление горных ледников в неполярных районах. В Северном полушарии почти на 10-15 % сократилась площадь морского льда в весенний и летний периоды.

С конца лета и до начала осени толщина морского льда уменьшилась на 40 % (http://www.aari.ru/main.php).

По данным Второй Рабочей группы МГЭИК, отдельные участки природы оказываются особенно уязвимыми к воздействию изменений климата. Некоторые из них могут быть полностью уничтожены. К таким экосистемам относятся коралловые рифы, бореальные и тропические леса, степные болота и естественные луга. По представленным в отчете данным, на обширных территориях Восточной Европы, Европейской части России и центральной части Канады и Калифорнии выпадает значительно большее количество осадков в виде дождя, чем в виде снега. За последнее десятилетие сократилось 67 % ледников в Гималаях и горах Тянь-Шаня. Под угрозой исчезновения - половина ледников Альп. По прогнозам экспертов Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (Санкт-Петербург), уже через 30 лет Северный ледовитый океан в течение теплого периода года будет полностью вскрываться из-подо льда. Толща Гималайских льдов тает со скоростью 10-15 м в год. При нынешней скорости этих процессов две трети ледников Китая исчезнут к 2060 г., а к 2100 г. все ледники растают окончательно. Более того, шапки полярных льдов выполняют функцию зеркала - отражают часть солнечных лучей назад, в космос. Если они исчезнут, все получаемое от Солнца тепло будет оставаться на Земле. Темпы глобального потепления возрастут многократно. По мнению специалистов Института вычислительной математики РАН, к 2100 г. среднегодовая температура повысится на 3 °С. Сильнее всего (на 4-6 °С) воздух прогреется в умеренных широтах Северного полушария, над океанами же Южного полушария - всего на 2-3 °С.

Ураганы в США, засуха в Австралии, аномально жаркое лето в Европе, катастрофические ливни и наводнения на туманном Альбионе - список можно еще продолжить. Вот только некоторые примеры последствий климатических изменений. Экстремальные природные явления бьют все рекорды практически во всех регионах мира. В докладе «Воздействие

глобального потепления на климат в Европе» Европейское агентство по окружающей среде предупреждает, что уже к 2050 г. среднегодовая температура на территории ЕС поднимется на 2-6 °С. Наибольший температурный скачок ожидается в Испании, Италии и Греции. В Северной Европе потепление будет менее заметным. На практике это означает, что зимы станут теплыми и бесснежными, лето же необычайно жарким и засушливым. Только иногда жару в 40 и более °С будут прерывать ливневые дожди и грозы, способствующие наводнениям (Коллинз и др., 2007).

Экосистемы уже начали реагировать на изменение климата. Мигрирующие виды птиц стали раньше прилетать весной и позже улетать осенью. Существуют прогнозы исчезновения до 30-40 % видов растений и животных, поскольку их среда обитания будет изменяться быстрее, чем они могут приспособиться к этим изменениям. При повышении температуры на 1 °С прогнозируется изменение видового состава леса. Леса являются естественным накопителем углерода (80 % всего углерода в земной растительности и около 40 % уг�

Информация о работе

Устенко, Алексей Александрович
кандидата биологических наук
Ростов-на-Дону, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Влияние гидротермических факторов на изменчивость хозяйственно ценных признаков подсолнечника в Ростовской области - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы