Красноярск, Красноярский край, Россия
Цель исследований – дать оценку сортам люпина узколистного по урожайности зерна и параметрам адаптивности в условиях Красноярской лесостепи. Полевые многолетние эксперименты проведены на опытном поле УНПК «Борский» Красноярского государственного аграрного университета в 2020–2022 гг. Объекты исследования – сорта люпина узколистного: Витязь, Белозерный 110, Белорозовый 144, Брянский кормовой, Надежда, Сидерат 46, Узколистный 53 и сортообразец СН 78-07. Метеорологические условия в годы исследования различались между собой. Вегетационный сезон 2020 г. – теплый и влагообеспеченный, индекс условий среды (Ij) составил 4,7. В 2021 г. в основные периоды роста и развития, за исключением 3-й декады июня, отмечался существенный дефицит влаги на фоне температуры воздуха, превышающей климатическую норму, индекс условий среды отрицательный (–3,8). В 2022 г. наблюдалось неравномерное увлажнение, резкие перепады температуры в начале развития растений, индекс условий среды отрицательный (–0,9). Средняя урожайность зерна варьировала от 11,5 ц/га (сорт Надежда) до 20,3 ц/га (сорт Сидерат 46). Вклад фактора «условия вегетации» в формирование урожая зерна люпина составил 60,8 %, вклад фактора «сорт» – 31,2 %. Высокой экологической пластичностью обладают сорта Белозерный 110 (bi = 1,16) и Сидерат 46 (bi = 1,39). Наибольшая экологическая стабильность отмечена у сортов Сидерат 46 и Узколистный 53, у обоих генотипов Sd2 = 0,02. Сорт Витязь превосходит другие сорта по стрессоустойчивости. Наиболее высокая генетическая гибкость у сортов Сидерат 46, Витязь, Белорозовый 144 и сортообразца СН 78-07. Размах урожайности составил 34,4 % (Витязь) – 50,0 % (Надежда). 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.
люпин узколистный, сорт, генотип, урожайность, экологическая пластичность, экологическая стабильность, стрессоустойчивость, генетическая гибкость, размах урожайности, ранжирование
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. Сачивко Т.В., Босак В.Н. Сорт как фактор сохранения продовольственной безопасности // Инновационные решения в технологиях и механизации сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр. Горки: Изд-во Белорус. гос. с.-х. акад., 2023. С. 147–150.
2. Сапега В.А., Турсумбекова Г.Ш. Урожайность, экологическая пластичность и стабильность сортов яровой мягкой и твердой пшеницы в южной лесостепи Тюменской области // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2020. № 2. С. 114–123.
3. Система земледелия Красноярского края на ландшафтной основе: науч.-практ. рекомендации / Р.В. Алхименко [и др.]. Красноярск, 2015. 224 с.
4. Фатыхов И.Ш., Исламова Ч.М., Колесникова Е.Ю. Экологическая пластичность и стабильность сортов яровой пшеницы на Госсортучастках Удмуртской Республики // Вестник Башкирского ГАУ. 2020. № 1. С. 44–50.
5. Управление взаимодействием «генотип – среда» – важнейший рычаг повышения урожаев сельскохозяйственных растений / В.А. Драгавцев [и др.] // Тр. Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 2. С. 105–121.
6. Перспективная ресурсосберегающая технология возделывания люпина: науч.-практ. рекомендации / И.П. Такунов [и др.]. Брянск, 2017. 74 с.
7. Люпин: селекция, возделывание, использование / В.М. Косолапов [и др.]. Брянск, 2020. 304 с.
8. Кураченко Н.Л., Колесник А.А. Структура и запасы гумусовых веществ агрочернозема в условиях основной обработки почвы // Вестник КрасГАУ. 2017. № 9. С. 149–157.
9. Агеева П.А., Почутина Н.А., Трошина Л.В. Витязь – новый адаптивный сорт узколистного кормового люпина // Зернобобовые и крупяные культуры. 2014. № 2. С. 95–94.
10. Агеева П.А. Брянский кормовой – новый сорт узколистного люпина. М.: ВНИИ люпина, 2019.
11. Агеева П.А. Белорозовый 144 – новый сорт кормового узколистного люпина/ // Зернобобовые и крупяные культуры. 2021. № 3 (39). С. 120–124.
12. Eberhart S.A., Russell W.A. Stability parameters for comparing varieties // Corp Science. Vol. 6, 1966. № 1 P. 36–40.
13. Методические указания по расчету и оценке параметров экологической пластичности сельскохозяйственных растений / В.А. Зыкин [и др.]. Омск, 2007. 39 с.
14. Гончаренко А.А. Об адаптивности и экологической устойчивости сортов зерновых культур // Вестник РАСХН. 2005. № 6. С. 49–53.
15. Кадиков Р.К., Никулин А.Ф., Исмагилов Р.Р. Зависимость урожайнсти пшеницы от погодных условий вегетации // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 5. С. 63–65.
