Russian Federation
Russian Federation
UDK 631.434.6 Сохранение и улучшение структуры
UDK 633.11 Пшеница. Triticum ssp.
The article presents the results of long-term studies (1982-2018) on the assessment of changes in thermal resources during the growing season and the indication of their impact on the yield of spring wheat. The work was carried out in the conditions of the northern part of the Middle Volga region on gray forest soils. The soil of the experimental site is gray forest medium loamy, the content of humus (according to Tyurin) is 2.8...3.2%, mobile phosphorus and potassium (according to Kirsanov) - 105...184 and 79...149 mg /100 g of soil, respectively, pH- 5.6...5.8. During the observation period, the highest temperature increase was recorded in July (2.4°C) and May (2.2°C), and the lowest in June (1.0°C). The sum of effective temperatures over 10°C increased by 500°C during the study period. The yield of spring wheat grown without fertilizers varied greatly in different years, ranging from 0.99 to 2.97 t/ha. The highest value of this indicator was observed at an average monthly air temperature of about 13 0C in May, 17 0C in June, 18 0c in July, and the sum of active temperatures was 1800 0c. The studied thermal resources, in accordance with the significance of the impact on the yield of spring wheat, can be arranged in the following descending order: average air temperature in June > average air temperature in July > the sum of effective temperatures above 10 °C > average air temperature in May. To describe the dependence of the yield of spring wheat grain on thermal resources, in three cases out of four, a polynomial equation of the second degree was better suited, and in one case, an exponential equation.
spring wheat (Triticum aestivum), gray forest soil, yield, air temperature, sum of effective temperatures, yield correlation
Введение. Климат определяет географическое распространение и успешность возделывания всех сельскохозяйственных культур, а продуктивность растений в основном определяется количеством тепла и влаги за вегетационный период [1, 2, 3]. В последние годы в связи со значительными изменениями метеоусловий в период вегетации сельскохозяйственных культур проводятся масштабные исследования по адаптации различных аспектов аграрного производства к их последствиям [4, 5, 6].
Тесная отрицательная зависимость (r=-0,690) между урожайностью яровой пшеницы и суммой эффективных температур свидетельствует о том, что повышенные температуры оказывают отрицательное воздействие на формирование урожая культуры [7, 8, 9].
Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур и устойчивости земледелия – самые актуальные задачи сельского хозяйства страны [10, 11, 12]. Для лучшего использования агроклиматических ресурсов необходимо располагать точными сведениями о ресурсах урожая в конкретной обстановке (зона, хозяйство, поле) и конкретных погодных условиях [13, 14]; знать закономерности формирования урожая в зависимости от совокупности агрометеорологических, почвенных и других факторов; понимать пути рационального использования, прежде всего лимитирующих урожай, факторов [15, 16, 17]
Цель исследования – оценка влияния изменения термических ресурсов вегетационного периода на урожайность яровой пшеницы за период 1982–2018 гг. в условиях Среднего Поволжья.
Условия, материалы и методы. Работа выполнена на опытном поле Казанского государственного аграрного университета, в условиях северной части Среднего Поволжья на серых лесных почвах. Почва опытного участка – серая лесная среднесуглинистая, содержание гумуса (по Тюрину) – 2,8…3,2 %, подвижного фосфора и калия (по Кирсанову) – 105…184 и 79…149 мг/100 г почвы соответственно, рНсол. – 5,6…5,8.
Климатические условия северной части Среднего Поволжья в целом благоприятны для выращивания яровой пшеницы. Среднегодовая температура воздуха составляет 2,6 ℃, сумма за вегетационный период – 1675 ℃. Средняя месячная температура воздуха в летний период довольно высокая и от месяца к месяцу изменяется незначительно: в июне – 16…17 ℃, в июле – 17…20 ℃, в августе – 16…17,5 ℃. Наибольшее количество осадков выпадает в теплый период с максимумом в июле – 50…65 мм. Количество осадков, выпадающих за летний период, по территории региона неравномерно – от 280 до 350 мм, но этого достаточно для увлажнения почвы и произрастания растительности. Несмотря на то, что увлажнение территории чаще всего достаточное, в отдельные годы возможны засушливые и суховейные периоды [18, 19, 20].
В период с 1982 по 2018 гг. сильные засухи в мае и июне отмечали в 1984, 1988, 1991, 1998, 1999, 2010, 2013 и 2014 гг. [21, 22, 23].
Мы обобщили и проанализировали многолетние данные по тепловым ресурсам вегетационного периода и урожайности яровой пшеницы на серой лесной почве в условиях Предкамской зоны Среднего Поволжья.
Результаты и обсуждение. За 37 лет урожайность яровой пшеницы на неудобренной серой лесной почве сильно варьировала по годам (максимальная величина этого показателя превышала минимальную в 3 раза) и характеризовалась весьма слабой тенденцией роста (рис. 1).
Рис. 1 – Динамика урожайности яровой пшеницы без внесения минеральных
удобрений за 1982–2018 гг.
В среднем за период наблюдений (1982–2018 гг.) среднемесячные температуры воздуха в мае, июне и июле составляли соответственно13,7; 18,1 и 20,3 оС со значительными изменениями по годам. Максимальная амплитуда среднемесячной температуры воздуха отмечена в июле (от 25,9° до 16,5°, или 9,4 оС), минимальная – в июне (от 21,8° до 13,6°, или 8,2 оС).
Рис. 2 – Временные ряды среднемесячной температуры воздуха в мае-июле
за период 1982–2018 гг.
Временные ряды среднемесячной температуры воздуха с линейным трендом за 1982–2018 гг. иллюстрируют тенденцию роста температуры воздуха в течение всех трёх месяцев вегетационного периода (рис. 2). Линии тренда показывают, что более заметное ее увеличение за исследуемый период происходит в июле (около 2,4 оС) и мае (около 2,2 оС), а наименьшее – в июне (около 1,0 оС). Судя по величине коэффициента детерминации, примерно так же можно расположить месяцы по тесноте линейной корреляции между средней температурой воздуха и временным фактором: июль (R2=0,1270) > май (R2=0,1022) > июнь (R2=0,0166).
Особенно наглядно увеличение термических ресурсов вегетационного периода за исследуемый период иллюстрирует сумма эффективных температур выше 10 оС (рис. 3). За 37 лет она увеличилась примерно на 500 оС, а теснота корреляции между ростом термических ресурсов и временным фактором оказалась весьма высокой (R2=0,6187).
Рис. 3 – Временной ряд суммы эффективных температур воздуха выше 10 оС в мае-июле за период 1982–2018 гг.
Уравнения линейной зависимости урожайности от среднемесячной температуры воздуха свидетельствуют о наличии между этими факторами обратной корреляции и позволяют утверждать, что обеспеченность термическими ресурсами вегетационного периода для яровой пшеницы достаточная и даже избыточная (рис. 4).
Рис. 4 – Зависимость урожайности зерна яровой пшеницы от среднемесячной температуры воздуха в мае-июле за период 1982–2018 гг.
Величины изученных показателей термических ресурсов по значимости влияния на урожайность яровой пшеницы можно расположить в следующий убывающий ряд: средняя температура воздуха в июне > средняя температура воздуха в июле > сумма эффективных температур выше 10 оС > средняя температура воздуха в мае.
Для описания зависимости урожайности зерна яровой пшеницы от термических ресурсов в трех случаях из четырёх лучше подходило полиномиальное уравнение второй степени, в одном – экспоненциальное уравнение (см. табл.).
Таблица – Характер и теснота корреляции урожайности зерна яровой пшеницы от термических ресурсов вегетационного периода за 1982–2018 гг.
|
Линии тренда |
Уравнение |
Коэффициент детерминации (R²) |
|
Средняя температура воздуха в мае, оС |
||
|
Линейная |
y = -0,0438x + 2,5854 |
0,0407 |
|
Логарифмическая |
y = -0,516ln(x) + 3,3276 |
0,0330 |
|
Полиномиальная 2* |
y = -0,0188x2 + 0,46x - 0,6961 |
0,0809 |
|
Степенная |
y = 4,1754x-0,299 |
0,0340 |
|
Экспоненциальная |
y = 2,7078e-0,025x |
0,0413 |
|
Средняя температура воздуха в июне, оС |
||
|
Линейная |
y = -0,1102x + 3,9853 |
0,2645 |
|
Логарифмическая |
y = -1,9ln(x) + 7,4763 |
0,2454 |
|
Полиномиальная 2* |
y = -0,0285x2 + 0,9212x - 5,2147 |
0,3485 |
|
Степенная |
y = 53,181x-1,15 |
0,2758 |
|
Экспоненциальная |
y = 6,4252e-0,067x |
0,2969 |
|
Средняя температура воздуха в июле, оС |
||
|
Линейная |
y = -0,0915x + 3,8452 |
0,1377 |
|
Логарифмическая |
y = -1,864ln(x) + 7,5908 |
0,1356 |
|
Полиномиальная 2* |
y = -0,0046x2 + 0,1016x + 1,8591 |
0,1405 |
|
Степенная |
y = 65,542x-1,174 |
0,1652 |
|
Экспоненциальная |
y = 6,2609e-0,058x |
0,1711 |
|
Сумма эффективных температур выше 10 оС |
||
|
Линейная |
y = 0,0003x + 1,4267 |
0,0197 |
|
Логарифмическая |
y = 0,6457ln(x) - 2,8369 |
0,0261 |
|
Полиномиальная 2* |
y = -4E-06x2 + 0,0145x - 11,093 |
0,1570 |
|
Степенная |
y = 0,1438x0,3468 |
0,0231 |
|
Экспоненциальная |
y = 1,4176e0,0002x |
0,0176 |
*2-й степени.
Ориентировочными оптимальными уровнями обеспеченности термическими ресурсами для формирования максимальной урожайности яровой пшеницы без внесения удобрений следует считать среднемесячную температуру воздуха в мае около 13 оС, в июне – около 17 оС, в июле – около 18 оС, сумму эффективных температур выше 10 оС – около 1800 оС.
Выводы. Во временном ряду 37 лет урожайность яровой пшеницы на неудобренной серой лесной почве сильно варьировала по годам (разница между максимальной и минимальной урожайностью – 3 раза) и характеризовалась весьма слабой тенденцией роста.
В среднем за период наблюдений (1982–2018 гг.) максимальная амплитуда колебаний среднемесячной температуры воздуха отмечена в июле (9,4 оС), минимальная – в июне (8,2 оС). Более заметный рост температуры отмечен в июле (около 2,4 оС) и мае (около 2,2 оС), наименьший – в июне (около 1,0 оС).
Сумма эффективных температур выше 10 оС за 37 лет выросла примерно на 500 оС, теснота корреляции между ростом термического ресурса и временным фактором оказалась достаточно высокой – R2=0,6187.
Изученные показатели термических ресурсов по значимости влияния на урожайность яровой пшеницы можно расположить в убывающий ряд: средняя температура воздуха в июне > средняя температура воздуха в июле > сумма эффективных температур выше 10 оС > средняя температура воздуха в мае.
Ориентировочные оптимальные уровни обеспеченности термическими ресурсами для формирования максимальной урожайности яровой пшеницы без внесения удобрений: среднемесячная температура воздуха в мае – около 13 оС, в июне – около 17 оС, в июле – около 18 оС, сумма эффективных температур выше 10 оС – около 1800 оС.
1. Muratov MR, Gilyazov MYu. [Correlation of grain and leguminous crops productivity from agrochemical parameters of soils and weather conditions]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015; Vol.10. 2 (36). 128-135 p.
2. Kolesar VA, Ziganshin AA, Safin RI. [Evaluation of agro-climatic changes impact on the spring wheat diseases development in Kama region of the Republic of Tatarstan]. Zernovoe khozyaistvo Rossii. 2017; 2 (50). 45-47 p.
3. Tomica J, Torbica A, Popovic L. Wheat breadmaking properties in dependence on wheat enzymes status and climate conditions. Food Chemistry. 2016; Vol.199. 565-572 p.
4. Biryukov KN, Grabovets AI, Krokhmal' AV. [Sowing time is an important component of triticale cultivation technology under increasing aridity of the climate]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2022; Vol.36. 2. 32-36 p.
5. Chernikov EA, Popova VP, Yaroshenko OV. [Transformation of saline soils of vineyards under the influence of changes in regional meteorological parameters]. Rossiiskaya sel'skokhozyaistvennaya nauka. 2021; 1. 38-41 p.
6. Panfilov AE, Ovchinnikov PYu. [Regional climate changes and technology of corn growing for grain in the Southern Urals]. Zemledelie. 2022; 1. 30-34 p.
7. Kleshchenko AD, Lebedeva VM, Goncharova TA. [Evaluation of yield losses due to drought using a dynamic-statistical model for predicting the agricultural crops productivity]. Meteorologiya i gidrologiya. 2016; 4. 94-102 p.
8. Shaykhutdinov FSh, Serzhanov IM, Zinnatullin DK. [Formation of stems, growth of the root system and productivity of spelt agrocenosis (Triticum dicoccum Schrank) depending on agrotechnological methods of cultivation]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2019; Vol.33. 5. 21-25 p.
9. Gaptrashitov ZA, Reutov SP. Klimat i urozhay. [Climate and harvest]. Kazan': Tat.kn.izd-vo. 1986; 112 p.
10. Hajas L, Scherf K, Torok K. Variation in protein composition among wheat (Triticum aestivum L.) cultivars to identify cultivars suitable as reference material for wheat gluten analysis. Food Chemistry. 2018; Vol.267. 387-394 p.
11. Niero M, Ingvordsen CH, Peltonen-Sainio P. Eco-efficient production of spring barley in a changed climate: a life cycle assessment including primary data from future climate scenarios. Agricultural systems. 2015; Vol.136. 46-60 p.
12. Strokov AS, Makarov OA, Tsvetnov EV. [Methodology of managing the sustainable development of agriculture in conditions of soil degradation and climate change]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2020; Vol.34. 5. 82-87 p.
13. Besaliev IN, Panfilov AL, Reger NS. [Water-retaining ability of plants of spring soft wheat varieties in arid conditions of the Orenburg Urals]. Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2022; 3(59). 20-25 p. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-3-20-25.
14. Vasilyeva TN, Zorov AA, Ryabinina ZN. [The impact of agro-climatic factors on the productivity of agricultural lands of Orenburg region]. Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2022; 3(59). 26-30 p. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-3-26-30.
15. Kir'yakova MN, Yusov VS, Evdokimov MG. [Evaluation of the adaptive capacity and interactions of the genotype and the environment of promising lines of spring durum wheat in the conditions of Omsk region]. Vestnik NGAU (Novosibirskii gosudarstvennyi agrarnyi universitet). 2022; 2(63). 19-25 p. - DOIhttps://doi.org/10.31677/2072-6724-2022-63-2-19-25.
16. Petrova GV, Bakirov FG, Vasiliev IV. [Prospects and features of cultivation of spring durum wheat in the Orenburg region]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2022; Vol. 36. 11. 21-25 p. - DOIhttps://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_11_21.
17. Novikova AA, Grechishkina OS, Emelyanova AA. [Adaptability and environmental sustainability of durum wheat varieties in the conditions of the Orenburg region]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2022; Vol. 36. 10. 33-37 p. - DOIhttps://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_10_33.
18. Amirov MF, Vladimirov VP, Serzhanov IM. Adaptivnye tekhnologii vozdelyvaniya polevykh kul'tur. [Adaptive technologies for field crops cultivation]. Kazan': Izd-vo “Brig”. 2018; 124 p.
19. Minikaev DT, Prishchepenko EA, Gazizov RR. [Influence of various preparations on the sowing qualities of spring wheat seeds]. Vestnik Ul'yanovskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii. 2022; 4(60). 59-63 p. - DOIhttps://doi.org/10.18286/1816-4501-2022-4-59-63.
20. Mal'chikov PN., Myasnikova MG., Chakheeva TV. [Graphic (using GGE biplot methods) analysis of yield and its stability in the process of breeding spring durum wheat in the Middle Volga region]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2022; Vol. 36. 6. 11-16 p. - DOIhttps://doi.org/10.53859/02352451_2022_36_6_11.
21. Valiev AR, Gabdrakhmanov IKh, Safin RI. Sistema zemledeliya Respubliki Tatarstan. Innovatsiya na baze traditsii. Ch.1 Obshchie aspekty sistemy zemledeliya. [System of agriculture of the Republic of Tatarstan. Tradition based innovation. Part 1. General aspects of the farming system]. Kazan': Tsentr innovatsionnykh tekhnologii. 2014; 2nd edition. 168 p.
22. Ibyatov RI, Shaykhutdinov FSh, Valiev AA. [Principal component analysis of spring wheat productivity]. Zernovoe khozyaistvo Rossii. 2017; 2 (50). 17-22 p.
23. Shaytanov OL, Tagirov MSh. Osnovnye tendentsii izmeneniya klimata Tatarstana v XXI veke (spravochnik). [The main trends in climate change in Tatarstan in the 21st century (reference book)]. Kazan': Foliant. 2018; 64 p.
