Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
The aim of research is to evaluate the varieties of angustifolia lupine in terms of grain yield and adaptability parameters in the conditions of the Krasnoyarsk forest-steppe. Long-term field experiments were carried out on the experimental field of the Borsky Scientific and Production Complex of the Krasnoyarsk State Agrarian University in 2020–2022. The objects of the study are the varieties of narrow-leaved lupine: Vityaz, Belozerny 110, Belorozovy 144, Bryansky Kormovoy, Nadezhda, Siderat 46, Uzkolistny 53 and the SN 78-07 variety sample. Meteorological conditions during the years of the study varied. The 2020 growing season was warm and moisture-rich, the environmental conditions index (Ij) was 4.7. In 2021, during the main periods of growth and development, with the exception of the 3rd ten-day period of June, there was a significant moisture deficit against the background of air temperatures exceeding the climatic norm, the environmental conditions index was negative (–3.8). In 2022, uneven moisture was observed, sharp temperature changes at the beginning of plant development, the environmental conditions index was negative (–0.9). The average grain yield varied from 11.5 c/ha (variety Nadezhda) to 20.3 c/ha (variety Siderat 46). The contribution of the "vegetation conditions" factor to the formation of the lupine grain yield was 60.8 %, the contribution of the "variety" factor was 31.2 %. The varieties Belozerny 110 (bi = 1.16) and Siderat 46 (bi = 1.39) have high ecological plasticity. The highest ecological stability was noted in the varieties Siderat 46 and Uzkolistny 53, in both genotypes Sd2 = 0.02. The Vityaz variety surpasses other varieties in stress resistance. The highest genetic flexibility was demonstrated by the varieties Siderat 46, Vityaz, Belorozovy 144 and the variety sample SN 78-07. The yield range was 34.4 % (Vityaz) – 50.0 % (Nadezhda). In gene¬ral, according to the adaptive capabilities, the varieties of narrow-leaved lupine were distributed according to a decreasing trend as follows: Siderat 46 > Vityaz > SN 78-7 = Narrow-leaved 53 > Belorozovy 144 > Belozerny 110 > Nadezhda > Bryansky Kormovoy.
angustifolia lupine, variety, genotype, yield, ecological plasticity, ecological stability, stress resistance, genetic flexibility, yield range, ranking
Введение. В основе производства продукции растениеводства лежит сорт. При решении вопросов продовольственной безопасности в современных условиях существенно возросла роль сортов отечественной селекции. Вклад генотипа культуры в формирование продуктивности агроценоза, по мнению экспертов, составляет от 25 [1] до 50–70 % [2].
Восточная Сибирь характеризуется резко континентальным климатом, что обуславливает нестабильность реализации биологического потенциала сельскохозяйственных растений [3]. В экстремальных условиях среды все большее значение приобретает не только потенциальная продуктивность сортов, но и их экологическая стабильность и пластичность. Для обеспечения устойчивого роста урожайности сельскохозяйственных культур необходимо внедрять в производство сорта, сочетающие в себе высокую возможную продуктивность с высоким адаптационным потенциалом [4]. Одним из важнейших инструментов повышения урожаев агрокультур является управление ценозом на уровне взаимодействия «генотип – среда» [5].
В Красноярском крае увеличиваются площади посева бобовых культур. Некоторые предприятия начинают внедрять люпин узколистный (Lupinus angustifolius L.) – новую для региона высокобелковую кормовую культуру. Получение селекционерами страны скороспелых сортов с длиной вегетационного периода 80–85 дней позволяет возделывать данный вид люпина в условиях Сибири [6, 7].
Для обеспечения широкого внедрения люпина узколистного в региональное производство необходимо подобрать сорта, обеспечивающие максимальную реализацию продуктивности пашни при различных гидротермических режимах среды.
Цель исследований – дать оценку сортам люпина узколистного по урожайности зерна и параметрам адаптивности в условиях Красноярской лесостепи.
Объекты и методы. Исследования проведены в 2020–2022 гг. в полевом опыте на территории УНПК «Борский» Красноярского государственного аграрного университета в Красноярской лесостепи (56° с.ш., 92° в.д.).
Почвенный покров опытного поля представлен черноземом выщелоченным среднемощным легкоглинистого гранулометрического состава, сформированным на желто-бурой глине. Почвенно-агрохимическое обследование участка показало, что пахотный 0–20 см слой почвы характеризовался высоким содержанием гумуса (6,9 %), очень высокой суммой обменных оснований (57,5 ммоль/100 г), нейтральной реакцией почвенного раствора (рНн2о – 7,2) [8], средней обеспеченностью подвижным фосфором (175,8 мг/кг), очень высокой – обменным калием (291,0 мг/кг).
Объекты исследования – скороспелые сорта люпина узколистного селекции ВНИИ люпина – филиала ФГБНУ «Федеральный научный центр кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса»: Витязь, Белозерный 110, Белорозовый 144, Брянский кормовой, Надежда, Сидерат 46, СН 78-07, Узколистный 53.
Посев проводили во второй декаде мая селекционной пневматической сеялкой ССПН-1,6. Обработка почвы под люпин и норма высева соответствовали рекомендациям оригинатора сортов [9–11]. Площадь делянок по 80 м2, повторность опыта трехкратная, размещение систематическое.
Учет урожайности выполняли методом прямого обмолота комбайном Sampo Terrion 130 в конце II декады октября. Расчет экологической пластичности определяли по методике S.А. Eberhart and V.А. Rassele (1966) [12] в изложении В.А. Зыкина и др. (2007) [13], стрессоустойчивость по методике A.A. Rossielle, J. Hembin (1981) в изложении А.А. Гончаренко (2005) [14]. Математическую обработку полученных экспериментальных данных проводили с помощью компьютерных программ MS Excel.
Результаты и их обсуждение. Потенциальная урожайность сельскохозяйственной культуры – наследственно закрепленный признак. Фактическое формирование данного признака зависит от факторов биотической и абиотической среды, в том числе от гидротермического режима, но в пределах ограничений, определяемых генотипом [15].
Метеорологические условия вегетации периодов исследования отличались от среднемноголетних значений и между собой (табл. 1), что позволило провести более объективную оценку адаптационного потенциала изучаемых сортов люпина узколистного.
Таблица 1
Метеорологические показатели периода исследований (2020–2022 гг.)
(по данным метеостанции «Сухобузимское»)
|
Год |
Месяц |
|||||
|
май |
июнь |
июль |
август |
сентябрь |
||
|
Cредняя температура воздуха, °С |
||||||
|
2020 |
14,0 |
16,3 |
19,6 |
18,1 |
11,0 |
|
|
2021 |
10,0 |
15,9 |
20,4 |
18,1 |
8,2 |
|
|
2022 |
13,4 |
17,5 |
18,1 |
15,0 |
8,9 |
|
|
Среднемноголетнее значение |
9,3 |
17,3 |
19,2 |
16,3 |
8,9 |
|
|
Осадки, мм |
||||||
|
2020 |
51,8 |
103,0 |
58,3 |
51,6 |
48,7 |
|
|
2021 |
29,1 |
113,4 |
30,1 |
42,4 |
14,3 |
|
|
2022 |
27,3 |
80,8 |
70,3 |
69,9 |
64,5 |
|
|
Среднемноголетнее значение |
39,9 |
58,6 |
66,7 |
62,6 |
37,7 |
|
Вегетационный сезон 2020 г. характеризовался как теплый и влагообеспеченный. В 2021 г. в мае, июле и августе температура воздуха была выше среднемноголетнего уровня. В основные периоды роста и развития растений люпина, за исключением III декады июня, отмечался существенный дефицит влаги. Метеоусловия вегетационного периода 2022 г. характеризовались как теплые и достаточно влажные.
Сочетание в генотипе сорта высокой потенциальной продуктивности и устойчивости к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам среды обеспечивает высокую и стабильную урожайность.
Наиболее благоприятно для роста и развития растений люпина сложились метеорологические условия в 2020 г., индекс условий среды составил +4,7 (табл. 2). Средняя урожайность зерна по всем сортам была максимальной за период наблюдений – 20,0 ц/га. В разрезе генотипов продуктивность культуры варьировала от 16,0 ц/га у сорта Надежда до 26,9 ц/га у сорта Сидерат 46. У сорта Витязь, являющегося стандартом, сформирован урожай 19,5 ц/га. Статистически подтвержденная более низкая урожайность по сравнению с контролем зафиксирована у сортов Надежда и Брянский кормовой – 16,0 и 16,9 ц/га соответственно (НСР05 = 1,2); превзошли стандарт – Белозерный 110 и Сидерат 46 – 21,0 и 26,9 ц/га соответственно. У остальных сортов урожай зерна получен на уровне контрольного показателя.
Таблица 2
Урожайность зерна сортов люпина узколистного (2020–2022 гг.), ц/га
|
Сорт (фактор А) |
Условия вегетации (фактор В) |
Среднее за 2020–2022 гг. |
||
|
2020 |
2021 |
2022 |
||
|
Витязь (контроль) |
19,5 |
12,8 |
14,3 |
15,5 |
|
Белозерный 110 |
21,0 |
10,7 |
15,4 |
15,7 |
|
Белорозовый 144 |
20,4 |
11,9 |
16,0 |
16,1 |
|
Брянский кормовой |
16,9 |
8,6 |
10,2 |
11,9 |
|
Надежда |
16,0 |
8,0 |
10,5 |
11,5 |
|
Сидерат 46 |
26,9 |
14,9 |
19,0 |
20,3 |
|
СН 78-07 |
19,5 |
12,6 |
14,4 |
15,5 |
|
Узколистный 53 |
19,4 |
12,0 |
14,5 |
15,3 |
|
Среднее |
20,0 |
11,4 |
14,3 |
– |
|
Индекс среды Ij |
4,7 |
–3,8 |
-0,9 |
– |
Примечание: НСР05 факторов: А – 1,2; В – 0,7.
Индексы условий среды в 2021 и 2022 гг. имели отрицательные значения, условия вегетации не соответствовали требованиям культуры для реализации биологического потенциала генотипов. Наиболее сложными для жизнеобеспечения люпина метеорологические ресурсы были в 2021 г.: существенный дефицит влаги на фоне температур, превышающих климатическую норму, что привело к низкому значению индекса условий среды, Ij = –3,8.
В 2021 г. в среднем сорта люпина сформировали урожай зерна в 11,4 ц/га, что на 43,0 % ниже уровня предыдущего года. У контрольного сорта Витязь получен урожай зерна 12,8 ц/га, снижение продуктивности к 2020 г. составило 34,4 %. Менее урожайными, чем стандарт, оказались сорта Белозерный 110 – 10,7 ц/га, Брянский кормовой – 8,6 и Надежда – 8,0 ц/га, что подтверждается статистической обработкой. Преимущество над сортом Витязь отмечено только у сорта Сидерат 46 – 14,9 ц/га, при этом данный сорт сохранил лишь 55,4 % от уровня урожая 2020 г.
Условия вегетации, сложившиеся в 2022 г., были менее экстремальными, чем в 2021 г., хотя индекс среды отрицательный (Ij = –0,9), но величина показателя в 4,2 раза выше по сравнению с предыдущим годом. Средняя урожайность сортов – 14,3 ц/га, что на 28,5 % меньше уровня 2020 г. и на 25,4 % больше, чем в 2021 г. Статистически значимое лидирование по урожайности зерна получено у сортов Сидерат 46 – 19,0 ц/га (+ к контролю 32,9 %) и Белорозовый 144 – 16,0 ц/га (+ к контролю 11,9 %). Как и во все предшествующие годы, достоверно ниже, чем на контроле, продуктивность у сортов Брянский кормовой и Надежда.
В среднем за период проведения наблюдений наименьшая урожайность зерна была получена у сорта Надежда – 11,5 ц/га, наибольшая – у сорта Сидерат 46 – 20,3 ц/га.
Формирование зерновой продуктивности культуры зависело в большей степени от условий среды (фактор В), чем от биологических особенностей сорта (фактор А) (рис. 1). Вклад фактора «условия вегетации» в образование урожая составил 60,8 %, от генотипических особенностей сорта урожайность культуры зависит на 31,2 %. Доля взаимодействия факторов А и В незначительная – 2,8 %.
Адаптационный потенциал сортов сельскохозяйственных культур к абиотическим условиям среды определяется по их экологической пластичности и стабильности урожайности. Экологическая пластичность (bi) – степень отклика генотипа на изменения доступности ресурсов для жизнеобеспечения, способность формировать высокий урожай в различных почвенно-климатических, погодных и агротехнических условиях [4].
Менее отзывчив на улучшение условий вегетации контрольный сорт – bi = 0,79: с повышением уровня урожайности всего блока изучаемых сортов на 1 ц/га Витязь увеличивает зернопродуктивность только на 0,79 ц/га, это наименьший результат (табл. 3).
Рис. 1. Вклад факторов в формирование урожайности
зерна люпина узколистного (2020–2022 гг.), %
Высокая экологическая пластичность (bi ˃ 1) зафиксирована у сортов Белозерный 110 (bi = 1,16) и Сидерат 46 (bi = 1,39). При bi = 1 имеется полное соответствие изменения урожайности сорта изменению условий выращивания [13]. Наиболее близки к bi = 1 величины значения коэффициента пластичности у сортов Белорозовый 144 (0,95), Брянский кормовой (0,99), Надежда (0,93).
Степень устойчивости генотипа к изменениям условий внешней среды характеризует коэффициент стабильности (Sd2). Чем меньше отклонения коэффициента стабильности от нуля, тем стабильнее сорт. Соответственно среди изучаемых сортов наиболее стабильными являются Сидерат 46 и Узколистный 53, у обоих сортов Sd2 = 0,02.
Таблица 3
Коэффициенты экологической пластичности и адаптивности
сортов люпина узколистного (2020–2022 гг.)
|
Сорт |
Показатель экологической пластичности |
Показатель адаптивности |
|||
|
bi |
Sd2 |
Стрессоустойчивость, ц/га |
Средняя урожайность в контрастных условиях, ц/га |
d, % |
|
|
Витязь (контроль) |
0,79 |
0,41 |
–6,7 |
16,2 |
34,4 |
|
Белозерный 110 |
1,16 |
0,92 |
–10,3 |
15,9 |
49,0 |
|
Белорозовый 144 |
0,95 |
0,94 |
–8,5 |
16,2 |
41,7 |
|
Брянский кормовой |
0,99 |
1,00 |
–8,3 |
12,8 |
49,1 |
|
Надежда |
0,93 |
0,04 |
–8,0 |
12,0 |
50,0 |
|
Сидерат 46 |
1,39 |
0,02 |
–12,0 |
20,9 |
44,6 |
|
СН 78-07 |
0,81 |
0,21 |
–6,9 |
16,1 |
35,4 |
|
Узколистный 53 |
0,85 |
0,02 |
–7,4 |
15,7 |
38,1 |
Примечание: bi – коэффициент пластичности; Sd2 – коэффициент стабильности; d – размах урожайности, %.
Оценка стрессоустойчивости сортов люпина, определенная как разница между минимальным и максимальным урожаем за период исследования, показала, что наибольшую устойчивость к неблагоприятным абиотическим факторам среды имеет сорт Витязь (–6,7 ц/га), а наименьшую – сорт Сидерат 46 (–12,0 ц/га).
В группу сортов, имеющих наиболее высокий уровень соответствия между генотипом и условиями вегетации, сформировавших наибольшую среднюю урожайность в контрастных условиях абиотических факторов (урожайностьmax + урожайностьmin / 2) (генетическая гибкость),
вошли по убывающему тренду: Сидерат 46 ˃ Витязь = Белорозовый 144 ˃ СН 78-08.
Чем меньше значение размаха урожайности, который показывает отношение разницы между максимальной и минимальной урожайностью сорта к его наибольшему показателю, тем стабильнее продуктивность генотипа. Оценка размаха урожайности изучаемых сортов показывает, что все генотипы имеют довольное большое значение признака – 34,4 % (Витязь) – 50,0 % (Надежда).
Результаты определения адаптационного потенциала сортов люпина узколистного с использованием различных показателей оценки показывают сложность выявления лидера и распределения занимаемых позиций между изучаемыми генотипами. Проведено ранжирование сортов в соответствии со значениями, полученными при расчете каждого показателя. Порядок присуждения баллов построен по принципу от минимального адаптационного эффекта к максимальному, соответственно среди 8 сортов баллы назначались от 1 до 8.
Наибольшая сумма рангов (29 баллов) – у сорта Сидерат 46, наименьшее значение (15 баллов) – у сорта Брянский кормовой (рис. 2). В целом по адаптационным возможностям сорта люпина узколистного распределились по убывающему тренду следующим образом: Сидерат 46 > Витязь > СН 78-7 = Узколистный 53 > Белорозовый 144 > Белозерный 110 >
Надежда > Брянский кормовой.
Рис. 2. Ранжирование сортов люпина узколистного по параметрам адаптивности, баллы:
1 – Витязь (контроль); 2 – Белозерный 110; 3 – Белорозовый 144; 4 – Брянский кормовой;
5 – Надежда; 6 – Сидерат 46; 7 – СН 8-0; 8 – Узколистный 53
Заключение. Изучение сортов люпина узколистного в условиях Красноярской лесостепи, проведенное в 2020–2022 гг., показало, что метеорологические факторы вегетационных периодов имели значительные различия между собой. Индекс условий среды (Ij) в 2020 г. был положительным (+4,7), в 2021 и 2022 гг. – отрицательным (–3,8 и –0,9 соответственно).
В среднем за период наблюдений максимальная урожайность зерна люпина получена у сорта Сидерат 46 – 20,3 ц/га, минимальная – у сорта Надежда – 11,5 ц/га.
Урожайность зернопродукции люпина на 60,8 % зависела от условий вегетации, на 31,2 % – от генотипических особенностей сорта.
Ранжирование сортов, проведенное по комплексу показателей адаптационного потенциала (экологическая пластичность, экологическая стабильность, стрессоустойчивость, генетическая гибкость, размах урожайности), позволило распределить генотипы по убывающему тренду: Сидерат 46 > Витязь > СН 78-7 = Узколистный 53 > Белорозовый 144 > Белозерный 110 >
Надежда > Брянский кормовой.
1. Sachivko T.V., Bosak V.N. Sort kak faktor sohraneniya prodovol'stvennoj bezopasnosti // Innovacionnye resheniya v tehnologiyah i mehanizacii sel'skohozyajstvennogo proizvod-stva: sb. nauch. tr. Gorki: Izd-vo Belorus. gos. s.-h. akad., 2023. S. 147–150.
2. Sapega V.A., Tursumbekova G.Sh. Urozhaj-nost', `ekologicheskaya plastichnost' i stabil'-nost' sortov yarovoj myagkoj i tverdoj pshenicy v yuzhnoj lesostepi Tyumenskoj oblasti // Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2020. № 2. S. 114–123.
3. Sistema zemledeliya Krasnoyarskogo kraya na landshaftnoj osnove: nauch.-prakt. rekomendacii / R.V. Alhimenko [i dr.]. Krasnoyarsk, 2015. 224 s.
4. Fatyhov I.Sh., Islamova Ch.M., Kolesniko-va E.Yu. `Ekologicheskaya plastichnost' i stabil'nost' sortov yarovoj pshenicy na Gos-sortuchastkah Udmurtskoj Respubliki // Vestnik Bashkirskogo GAU. 2020. № 1. S. 44–50.
5. Upravlenie vzaimodejstviem «genotip – sreda» – vazhnejshij rychag povysheniya urozhaev sel'skohozyajstvennyh rastenij / V.A. Dragavcev [i dr.] // Tr. Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016. № 2. S. 105–121.
6. Perspektivnaya resursosberegayuschaya teh-nologiya vozdelyvaniya lyupina. Nauchno-prakticheskie rekomendacii / I.P. Takunov [i dr.]. Bryansk, 2017. 74 s.
7. Lyupin: selekciya, vozdelyvanie, ispol'zovanie / V.M. Kosolapov [i dr.]. Bryansk, 2020. 304 s.
8. Kurachenko N.L., Kolesnik A.A. Struktura i zapasy gumusovyh veschestv agrocherno-zema v usloviyah osnovnoj obrabotki pochvy // Vestnik KrasGAU. 2017. № 9. S. 149–157.
9. Ageeva P.A., Pochutina N.A., Troshina L.V. Vityaz' – novyj adaptivnyj sort uzkolistnogo kormovogo lyupina // Zernobobovye i krupya-nye kul'tury. 2014. № 2. S. 95–94.
10. Ageeva P.A. Bryanskij kormovoj – novyj sort uzkolistnogo lyupina. M.: VNII lyupina, 2019.
11. Ageeva P.A. Belorozovyj 144 – novyj sort kormovogo uzkolistnogo lyupina/ // Zernobo-bovye i krupyanye kul'tury. 2021. № 3 (39). S. 120–124.
12. Eberhart S.A., Russell W.A. Stability parameters for comparing varieties // Corp Science. Vol. 6, 1966. № 1 P. 36–40.
13. Metodicheskie ukazaniya po raschetu i ocen-ke parametrov `ekologicheskoj plastichnosti sel'skohozyajstvennyh rastenij / V.A. Zykin [i dr.]. Omsk, 2007. 39 s.
14. Goncharenko A.A. Ob adaptivnosti i `ekologi-cheskoj ustojchivosti sortov zernovyh kul'tur // Vestnik RASHN. 2005. № 6. S. 49–53.
15. Kadikov R.K., Nikulin A.F., Ismagilov R.R. Zavisimost' urozhajnsti pshenicy ot pogodnyh uslovij vegetacii // Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012. № 5. S. 63–65.
