Влияние технологических приемов выращивания на фотосинтетическую деятельность, вегетационный индекс NDVI посевов и урожайность озимой пшеницы на черноземе обыкновенном Центрального Предкавказья

Исследования проводили в ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ» с 2015 по 2018 годы. Опытное поле находится в зона неустойчивого увлажнения. Поч- ва участка – чернозем обыкновенный среднемощный слабогумусированный тяжелосуглинистый, сформированный на лессовидных карбонатных суглинках. Содержание в почве нитратного азота составляло 10,4 мг/кг, фосфора – 31,0 мг/кг и калия – 310,0 мг/кг для предшественника пар и 5,5, 23,0 и 236 мг/кг для предшественника озимая пшеница.
Погодные условия в годы проведения исследований были типичными для зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края. Период весенне-летней вегетации озимой пшеницы 2016 года был теплым и влажным, 2017 года – оп- тимальным по температуре с достаточным количеством осадков, а 2018 года – умеренно засушливым.
Объектами исследований служили посевы сортов озимой мягкой пшени- цы селекции Северо-Кавказского ФНАЦ: Зустрич (стандарт), Арсенал, Ставка, Стать, которые размещались по двум предшественникам – озимая пшеница и черный пар. Фоны минерального питания: контроль (без удобрений) и удоб- ренный (перед посевом – нитроаммофоска (N60P60K60), ранней весной – аммиач- ная селитра (N30)). Сроки сева – ранний (15-20 сентября), оптимальный (30 сен- тября – 5 октября), поздний (15-20 октября). Нормы высева – 4, 5 и 6 млн./га. Варианты по срокам сева и нормам высева закладывали на предшественнике
озимая пшеница (удобренный фон). Исследования проводили в трехкратной повторности, площадь делянки – 25 м2.
Отборы растительных образцов проводили с 0,25 м2 посевов в 3-х крат- ной повторности. Определение площади ассимиляционной поверхности и ко- личество хлорофилла проводили по методикам, описанным в работе Ф.В. Еро- шенко с соавторами (2020). Показатели фотосинтетической деятельности опре- деляли общепринятыми методами. Изучение радиационного режима посевов проводили с помощью пиранометра Янишевского с гальванометром. Вегетаци- онный индекс NDVI делянок замеряли ручным сканером «GreenSeeker®» (Trimbl, USA), а усредненные данные NDVI озимых культур в Ставропольском крае получали с помощью сервера «ВЕГА-Science» ИКИ РАН. Учет урожайно- сти зерна проводили прямым комбайнированием. Математическую обработку результатов проводили методами дисперсионного анализа (Плохинский И.А., 1970; Доспехов Б.А., 1979) на персональном компьютере (ArgStat, Statistica 10.0, Microsoft Office 2010).
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Площадь ассимиляционной поверхности. Поверхностный фото- синтетический потенциал (ПФСП) посевов озимой пшеницы различных сортов на паровом предшественнике на 30,5 % больше, чем на колосовом (таблица 1).
Таблица 1 – Поверхностный фотосинтетический потенциал растений озимой пшеницы в зависимости от предшественника и уровня минерального питания, (м2/м2)·сутки (среднее за 2016-2018 гг.)
Предше- Фон Сорт Среднее ственник Зустрич Арсенал Ставка Стать
Озимая контроль 1,81 1,80 пшеница удобренный 2,96 2,71
2,04 2,06 1,93 3,46 3,30 3,11 2,60 2,89 2,52 3,92 4,21 3,76
Пар
контроль 2,41 2,17 удобренный 3,62 3,29
НСР05 по предшественникам = 0,038 (м2/м2)·сутки
НСР05 по минеральным удобрениям = 0,038 (м2/м2)·сутки НСР05 по сортам = 0,054 (м2/м2)·сутки
НСР05 опыта = 0,150 (м2/м2)·сутки
Fф = 546,8 > Fт = 4,1 Fф = 2079,1 > Fт = 4,1 Fф = 114,6 > Fт = 2,9 Fф = 202,3 > Fт = 2,0
Улучшение условий минерального питания по пару увеличивало значе- ние фотопотенциала на 49,3 %, а по озимой пшенице на 61,1 %. При оптималь- ном сроке сева ПФСП выше, чем при раннем и позднем на 21,4 и 33,6 % соот- ветственно, а при 5 млн./га – на 20,0 и 29,7 %, чем при 4 и 6 млн. (таблица 2).
Таблица 2 – Поверхностный фотосинтетический потенциал растений озимой пшеницы в зависимости от срока сева и нормы высева, (м2/м2)·сутки (среднее за 2016-2018 гг.)
Вариант Сорт Среднее Зустрич Арсенал Ставка Стать
Ранний 2,36 Оптимальный 2,96 Поздний 2,20
Срок сева
2,62 2,59
2,71 3,46
2,67 2,56 3,30 3,11 2,53 2,33
Fф = 319,4 > Fт = 3,4 Fф = 52,3 > Fт = 3,0 Fф = 80,1 > Fт = 2,3
2,72 2,59 3,30 3,11 2,46 2,40
Fф = 243,4 > Fт = 3,4 Fф = 80,6 > Fт = 3,0 Fф = 74,2 > Fт = 2,3
2,16 2,42 НСР05 по срокам сева = 0,046 (м2/м2)·сутки
НСР05 по сортам = 0,054 (м2/м2)·сутки НСР05 опыта = 0,132 (м2/м2)·сутки
4 млн. 5 млн. 6 млн.
Норма высева
2,13 2,67 2,85 2,96 2,71 3,46 2,21 2,31 2,61
НСР05 по нормам высева = 0,049 (м2/м2)·сутки НСР05 по сортам = 0,056 (м2/м2)·сутки
НСР05 опыта = 0,140 (м2/м2)·сутки
Максимальное значение фотопотенциала в среднем по всем вариантам наблюдается у сортов Ставка и Стать (по 2,94 м2/м2·сутки), а минимальное – у Арсенала (2,52 (м2/м2)·сутки). Превосходство сортов Ставка и Стать над остальными сортами обусловлено, главным образом, за счет размеров листово- го аппарата.
Дисперсионный анализ показал, что сроки сева и внесение минеральных удобрений в наибольшей степени оказывают влияние на ПФСП – 23,7 и 22,5 % соответственно. Достаточно существенное влияние на поверхностный фотопо- тенциал оказывают нормы высева и сортовые особенности – по 19,3 %.
3.2. Содержание хлорофилла. Исследования показали, что в среднем по сортам величина хлорофиллового фотосинтетического потенциала (ХФСП) по- севов озимой пшеницы по паровому предшественнику выше, чем по колосово- му на 48,7 %. Применение минеральных удобрений по предшественнику пар увеличивало значения ХФСП на 64,2 %, и 68,8 % на предшественниках пар и озимая пшеница соответственно (таблица 3). При оптимальном сроке сева хло- рофилловый фотопотенциал был на 21,6 % больше, чем при раннем и позднем, а при норме высева 5 млн./га он на 27,4 % выше, чем при 4 и 6 млн. (таблица 4). Наибольший хлорофилловый фотосинтетический потенциал отмечен у сорта Стать. Так, по паровому предшественнику на удобренном фоне значение этого
показателя составлял 102,91 (г/м2)·сутки, что на 32,6 % больше, чем у сорта Ар- сенал с минимальным значением ХФСП (77,60 (г/м2)·сутки).
Таблица 3 – Хлорофилловый фотосинтетический потенциал посевов озимой пшеницы в зависимости от предшественника и уровня минерального питания, (г/м2)·сутки (среднее за 2016-2018 гг.)
Предше- ственник Озимая пшеница
Пар
Фон
контроль удобренный контроль удобренный
Сорт
Зустрич Арсенал Ставка Стать
Среднее
36,90 62,28 54,87 90,09
32,86 35,48 39,92 58,37 57,53 62,27 52,78 52,97 51,42 85,44 77,60 94,42
39,34 70,96 62,30 102,91
НСР05 по предшественникам = 0,750 (г/м2)·сутки
НСР05 по минеральным удобрениям = 0,750 (г/м2)·сутки НСР05 по сортам = 1,060 (г/м2)·сутки
НСР05 опыта = 2,931 (г/м2)·сутки
Fф = 1939,9 > Fт = 4,1 Fф = 3400,5 > Fт = 4,1 Fф = 126,4 > Fт = 2,9 Fф = 397,5 > Fт = 2,0
Таблица 4 – Хлорофилловый фотосинтетический потенциал посевов озимой пшеницы в зависимости от срока сева и нормы высева, (г/м2)·сутки (среднее за 2016-2018 гг.)
Вариант Сорт Среднее Зустрич Арсенал Ставка Стать
Срок сева
Ранний 47,58 Оптимальный 58,37 Поздний 48,80
56,87 53,36 57,53 62,27 36,29 62,96
48,56 51,59 70,96 62,28 55,44 50,87
Fф = 208,0 > Fт = 3,4 Fф = 83,9 > Fт = 3,0 Fф = 101,9 > Fт = 2,3
57,81 50,83 70,96 62,28 49,99 47,06
Fф = 339,5 > Fт = 3,4 Fф = 110,2 > Fт = 3,0 Fф = 98,3 > Fт = 2,3
НСР05 по срокам сева = 0,917 (г/м2)·сутки НСР05 по сортам = 1,059 (г/м2)·сутки НСР05 опыта = 2,624 (г/м2)·сутки
4 млн 5 млн 6 млн
Норма высева
43,22 51,17 51,10 58,37 57,53 62,27 39,95 46,93 51,37
НСР05 по нормам высева = 0,891 (г/м2)·сутки НСР05 по сортам = 1,028 (г/м2)·сутки
НСР05 опыта = 1,919 (г/м2)·сутки
Данные дисперсионного анализа показали, в случае с ХФСП по степени влияния элементов технологии выращивания у наиболее значимых из них
наблюдается следующее ранжирование: нормы высева – 20,5 %, минеральное питание – 18,9 % и сорт – 19,4 %.
3.3. Чистая продуктивность фотосинтеза. В период колошения и пол- ной спелости прирост сухой биомассы по паровому предшественнику выше, чем по колосовому на 32,8 и 32,7 % соответственно. На удобренном фоне ее значения по предшественнику пар на VIII этапе органогенеза больше контроля на 25,1 %, в то время как на XII – на 24,1 %, а по предшественнику озимая пше- ница – на 56,5 и 44,0 % соответственно. В период от колошения до полной спе- лости сухая биомасса на раннем сроке увеличилась на 71,3 %, оптимальном – на 59,1 %, позднем – на 53,9 %. При норме высева 5 млн./га биомасса выше, чем при 4 и 6 млн., на 27,2 и 16,5 % соответственно. В период от колошения до полной спелости ее значения при минимальной норме высева выросли на 91,4 %, при оптимальной – на 59,1 %, при максимальной – на 83,7 %.
В наших опытах коэффициенты корреляции между фотопотенциалами и средней за вегетацию биомассой составили следующие величины: для ПФСП – 0,69, ХФСП – 0,72, что согласно шкале Чеддока соответствует средней и высо- кой силе связи между данными показателями.
Наши исследования показали, что чистая продуктивность фотосинтеза ас- симиляционной поверхности (ЧПФS) посевов озимой пшеницы различных сор- тов в среднем за вегетацию на удобренном фоне по предшественнику пар вы- ше, чем на контроле на 20,5 %, а по предшественнику озимая пшеница – на 11,2 %. ЧПФS при позднем сроке сева была больше, чем на раннем и оптимальном на 9,5 и 5,0 % соответственно, при максимальной норме высева она выше, чем при минимальной и оптимальной, на 11,2 и 26,6 % соответственно. Сорта Ар- сенал характеризуется наибольшей ЧПФS – 5,76 г/м2·сутки, что на 6,9 % боль- ше, чем у сорта Стать с наименьшей величиной ЧПФS.
Чистая продуктивности фотосинтеза в расчете на единицу хлорофилла (ЧПФСhl) снижается при улучшении условий выращивания. Так, по паровому предшественнику значения этого показателя ниже, чем колосовому на 10,9 %. Применение минеральных удобрений по пару снижает ЧПФСhl на 24,2 %, а по озимой пшенице – на 15,0 %. Существует тенденция к росту ЧПФСhl в опти- мальный срок сева, а при 6 млн./га ее значения выше, чем при 4 и 5 млн., на 11,5 и 30,6 % соответственно. В среднем по всем вариантам максимальное зна- чение ЧПФСhl отмечено у сорта Зустрич – 27,88 (г/г)·сутки, что больше на 9,3 %, чем у минимального значения, которое наблюдалось у сорта Стать.
Нами установлено, что существует обратная связь между фотопотенциа- лами и чистой продуктивностью фотосинтеза. Так, коэффициент корреляции
между ПФСП и ЧПФS составил -0,59 (средняя сила связи), а ХФСП и ЧПФСhl – 0,70 (высокая сила связи).
3.4. Структура посевов озимой пшеницы различных сортов. Стебле- стой в колошение на предшественнике пар в наших опытах в среднем составил 510 шт./м2, что на 14,8 % больше, чем на предшественнике озимая пшеница. Улучшение условий минерального питания по паровому предшественнику спо- собствует увеличению стеблестоя на 21,3 %, а по колосовому ‒ на 24,7 %. Вли- яние сроков сева и норм высева на густоту стояния озимой пшеницы оказалось незначительным. Однако прослеживается тенденция к его увеличению в опти- мальные сроки (554 шт./м2) и при норме 6 млн./га (576 шт./м2). Высота растений по паровому предшественнику в среднем составила 84,1 см, что больше чем по колосовому на 16,0 %. Применение минеральных удобрений на предшествен- нике пар способствовало увеличению этого показателя на 6,2 %, а на предше- ственнике озимая пшеница ‒ на 12,4 %. Достоверного влияния сроков сева и норм высева на высоту растений нами не выявлено. Исследования показали, что сорт Зустрич формирует максимальный стеблестой, но минимальную высо- ту растений, сорт Арсенал характеризуется самым низким количество продук- тивных стеблей на 1 м2, а Стать наибольшей высотой растений.
3.5. Коэффициенты поглощения фотосинтетически активной радиа- ции посевами озимой пшеницы. В период колошения в наших опытах в сред- нем по сортам на уровне колоса посевы поглощали 10,1 % приходящей солнеч- ной радиации, на уровне флаг-листа – 28,1 %, 2-го сверху листа – 30,3 %, а 3-го – 31,5 % от приходящей ФАР (рисунок 1).
10,4 11,0 9,0 10,1 10,1
Зустрич Арсенал Ставка Стать
25,0 24,0
28,1 39,3 32,4 30,3
29,8
29,1 20,2
30,7 35,0 26,7 33,4 31,5
33,7
3-й лист 2-й лист Флаг-лист Колос
Рисунок 1 ‒ Коэффициенты поглощения ФАР на различных уровнях посевов сортов озимой пшеницы, % (среднее за 2016-2018 гг.)
Среднее
10

Коэффициенты поглощения солнечной радиации всего посева по парово- му предшественнику в наших опытах был выше на 3,3 %, чем по колосовому, а только растениями на 5,6 %. Применение минеральных удобрений увеличило значение коэффициента поглощения посева по предшественнику пар на 1,4 %, по предшественнику озимой пшенице на 2,4 %, а коэффициент поглощения растениями по этим вариантам на 5,7 и 8,3 % соответственно. При ранних сроках сева значения этого показателя для посева были выше, чем при опти- мальных и поздних на 5,4 и 7,5 % соответственно, что не наблюдалось в случае с поглощением только растениями (рисунок 2).
76,5 79,7 78,7
71,8 74,3 59,9
71,3
65,2 68,2 67,7
68,2 67,7
75,1 68,2 65,5
74,3 72,2 73,3 74,3
62,0
Пар Предшественник/Фон
Озимая пшеница
коэффициент поглощения посева
коэффициент поглощения растениями
Срок сева
Норма высева
Рисунок 2 ‒ Коэффициенты поглощения фотосинтетически активной радиации посевами озимой пшеницы, % (среднее за 2016-2018 гг.)
3.6. Коэффициент полезного действия фотосинтетически активной радиации посевов озимой пшеницы. В наших опытах КПД ФАР находился в пределах 1,63-3,04 %. Наименьшие его значения были отмечены на предше- ственнике озимая пшеница на варианте без удобрений – 1,72 %, что ниже, чем на удобренном фоне, на 0,76 %. Наименьший КПД ФАР из всех изучаемых сор- тов отмечен у сорта Ставка на варианте без удобрений по колосовому предше- ственнику – 1,63 %, а наибольшее у этого же сорта на удобренном фоне по пару – 2,93 %. При раннем и позднем посеве КПД ФАР в наших опытах были прак- тически одинаковыми и ниже, чем при оптимальном в среднем на 0,51 %. Вли- яние различных норм высева на показатели КПД ФАР в среднем по сортам не- значительно, однако прослеживается тенденция к их снижению при 4 млн./га.
контроль удобренный контроль удобренный ранний оптимальный поздний 4 млн 5 млн 6 млн

3.7. Влияние технологических приемов выращивания озимой пшени- цы на NDVI ее посевов. Исследования показали, что на паровом предшествен- нике в среднем за вегетацию величина NDVI на 14,5 % больше, чем на колосо- вом. Применение N90P60K60 увеличивало этот показатель на 19,0 % (рисунок 3).
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2 0,2 0,1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
III V VII IX XI Этапы органогенеза
Озимая пшеница Пар
НСР05 по предшественникам = 0,007, Fф = 215,3 > Fт = 4,1; НСР05 по этапам ор- ганогенеза = 0,015, Fф = 788,5 > Fт = 2,1; НСР05 опыта = 0,029, Fф = 385,7 >
Fт = 1,9
0,1
III V VII IX XI
Этапы органогенеза
Контроль Удобренный
НСР05 по минеральным удобрениям = 0,006, Fф = 498,9 > Fт = 4,1; НСР05 по этапам органогенеза = 0,014, Fф = 931,2 > Fт = 2,1; НСР05 опыта = 0,027, Fф = 471,7 > Fт = 1,9
Рисунок 3 – Влияние предшественников и минерального питания на NDVI посевов озимой пшеницы различных сортов (среднее за 2016-2018 гг.)
Существенная разница по срокам сева отмечается с момента возобновле- ния весенней вегетации до начала колошения. В среднем за этот период у посе- вов ранних и оптимальных сроков сева NDVI была выше, чем у поздних, на 8,0 %. Устойчивых закономерностей влияния различных норм высева на вели- чины вегетационного индекса NDVI нами не установлено. Максимальная раз- ница в среднем за вегетацию по сортам в наших опытах составила 7,9 %. В от- дельные периоды роста и развития растений такие отличия более существенны (рисунок 4).
NDVI
NDVI

0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2 0,2
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3
0,1
III V VII IX XI
Этапы органогенеза
Ранний срок Оптимальный срок Поздний срок
НСР05 по срокам сева = 0,006, Fф = 24,9 > Fт = 3,2; НСР05 по этапам органогене- за = 0,012, Fф = 1264,8 > Fт = 2,0; НСР05 опыта = 0,028, Fф = 400,7 > Fт = 1,7
0,1
III V VII IX XI
Этапы органогенеза
Зустрич Арсенал Ставка Стать
НСР05 по сортам = 0,006, Fф = 37,7 > Fт = 2,7; НСР05 по этапам органогенеза = 0,009, Fф = 1780,6 > Fт = 2,0; НСР05 опыта = 0,027, Fф = 471,4 > Fт = 1,6
Рисунок 4 – Влияние сроков сева и сорта на NDVI посевов озимой пшеницы различных сортов (среднее за 2016-2018 гг.)
3.8. Связь вегетационного индекса NDVI с фотосинтетической дея- тельностью посевов озимой пшеницы. В расчетах мы использовали следую- щие характеристики динамики вегетационного индекса NDVI: максимальный NDVI за период возобновление весенней вегетации-полная спелость (NDVImax); NDVI в период колошения (NDVIear); NDVI средний за период воз- обновление весенней вегетации-полная спелость (NDVIaver). Проведенный ана- лиз показал, что корреляционная связь между этими показателями существует и значима для р=0,01, кроме случаев с NDVIear и NDVIaver с чистой продуктивно- стью фотосинтеза, рассчитанной по содержанию хлорофилла, а также NDVImax с коэффициентом поглощения посева, для них такая связь значима при р=0,05 (таблица 5).
Таким образом, между вегетационным индексом NDVI и показателями фотосинтетической деятельности посевов озимой пшеницы существует тесная корреляционная связь.
NDVI
NDVI

Таблица 5 – Коэффициенты корреляции между вегетационным индексом NDVI и показателями фотосинтетической деятельности посевов озимой пшеницы
Коэффициент корреляции
NDVI максимальный за вегетацию (NDVImax)
NDVI
в колошение (NDVIear)
NDVI средний за вегетацию (NDVIaver)
Показатели фотосинтети- ческой деятельности
Площадь листьев, м2/м2 Площадь ассимиляционной
поверхности, м2/м2 Хлорофилл в листьях, мг/г Хлорофилл в растениях, мг/г Хлорофилл в листьях, г/м2 Хлорофилл в растениях, г/м2 ПФСП, (м2/м2)•сутки ХФСП, (г/м2)•сутки
ЧПФпл, (г/м2)•сутки ЧПФхл, (г/г)•сутки Коэффициент поглощения
посева, %
КПД ФАР за вегетацию, % Среднее
3.9. Влияние технологических приемов выращивания на урожай- ность озимой пшеницы. В среднем по сортам урожайность озимой пшеницы по паровому предшественнику составила 4,9 т/га, а по колосовому ‒ 3,3 т/га, что меньше, чем по пару, на 34,0 % (рисунок 5).
Применение минеральных удобрений способствовало увеличению уро- жайности в среднем по предшественникам на 44,1-55,3 %. Наибольшей по предшественнику пар на удобренном фоне она была у сорта Ставка (7,5 т/га), а на контрольном варианте – у сорта Арсенал (5,3 т/га). Наибольшая урожайность была сформирована при оптимальном сроке сева – 5,1 т/га, что больше, чем при раннем и позднем севе на 5,3 и 9,1 % соответственно (рисунок 6).
У сорта Зустрич максимальное значение урожайности было получено при оптимальном сроке сева – 4,9 т/га, что больше, чем при раннем и позднем, на 11,5 и 19,1 % соответственно. Минимальные различия в значениях урожайно- сти на различных сроках сева отмечены у сорта Стать.
0,69** 0,45** 0,69** 0,45**
0,61** 0,58** 0,56** 0,56** 0,66** 0,44** 0,70** 0,56** 0,74** 0,53** 0,72** 0,59** -0,23 -0,17
-0,40** -0,35*
0,37* 0,55**
0,71** 0,51**
0,64** 0,65**
0,62** 0,58** 0,67** 0,71** 0,73** 0,72** -0,24 -0,38*
0,47** 0,67**
0,59**
0,59** 0,48** Значимость различий: ** – для p=0,01; * – для p=0,05
14

8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0
5,1
удобренный фон
7,1
удобренный фон
Пар
Стать
4,9
3,3
контроль
контроль
Озимая пшеница
Предшественник/Фон
Зустрич Арсенал Ставка
Среднее
НСР05 по предшественникам = 0,065 т/га, Fф = 1733,2 > Fт = 4,1; НСР05 по минераль- ным удобрениям = 0,065 т/га, Fф = 1962,3 > Fт = 4,1; НСР05 по сортам = 0,092 т/га, Fф = 16,7 > Fт = 2,9; НСР05 опыта = 0,253 т/га, Fф = 253,2 > Fт = 2,0
Рисунок 5 – Влияние предшественника и уровня минерального питания на уро- жайность озимой пшеницы, т/га (среднее за 2016-2018 гг.)
6,0 5,0 4,0 3,0
4,8
5,1
5,1 5,1
5,0
4,6
Срок сева
Зустрич Арсенал
Ставка
Норма высева
НСР05 по срокам сева = 0,083 т/га, Fф = 27,8 > Fт = 3,4; НСР05 по сортам = 0,096 т/га, Fф = 38,6 > Fт = 3,0; НСР05 опыта = 0,238 т/га, Fф = 18,2 > Fт = 2,3
НСР05 по нормам высева = 0,088 т/га, Fф = 1,6 < Fт = 3,4; НСР05 по сортам = 0,101 т/га, Fф = 45,7 > Fт = 3,0; НСР05 опыта = 0,251 т/га, Fф = 14,7 > Fт = 2,3
Рисунок 6 ‒ Влияние сроков и норм высева на урожайность озимой пшеницы различных сортов, т/га (среднее за 2016-2018 гг.)
Стать Среднее
ранний
оптимальный
поздний
4 млн
5 млн
6 млн
Урожай зерна, т/га
Урожай зерна, т/га

В среднем по сортам при нормах высева 4, 5 и 6 млн./га существенной разницы в значениях урожайности озимой пшеницы получено не было. Из всех изученных сортов, у Арсенала наблюдаются существенные отличия в урожай- ности при различных нормах высева – максимальным этот показатель получен при норме высева 4 млн./га.
Дисперсионный анализ показал, что влияние сортовых особенностей ози- мой пшеницы на урожайность составляет 42,7 %. Существенным было влияния минерального питания и предшественников – 17,1 и 15,1 % соответственно. И практически одинаковое влияние на урожайность озимой пшеницы оказали сроки сева, взаимодействие изученных факторов и прочие факторы – 8,3 %. Степень влияния норм высева на зерновую продуктивность посевов озимой пшеницы оказалось крайне низким – 0,3 %.
3.10. Связь оптико-биологических характеристик посевов озимой пшеницы с урожайностью. Проведенные исследования показали наличие устойчивой связи урожайности с фотосинтетической деятельностью растений озимой пшеницы, о чем свидетельствуют значимые коэффициенты корреляции 0,65 (средняя сила связи) – 0,81 (высокая сила связь). Наиболее тесная связь наблюдается с ХФСП (коэффициент корреляции – 0,81). Кроме того, показате- ли фотосинтетической продуктивности оказывают существенное влияние на урожайность, о чем свидетельствуют данные полученные методом множе- ственной регрессии (диаграммы Парето).
Была проанализирована взаимосвязь урожайности озимой пшеницы с ха- рактеристиками динамики NDVI для различных вариантов большого количе- ства элементов технологии возделывания, включающих предшественники, уровни минерального питания, сроки сева и нормы высева. Такой набор вари- антов позволяет в некоторой степени компенсировать влияние технологических особенностей посевов озимой пшеницы. Более того, использование ручного сканера GreenSeeker (высокое пространственное разрешение и возможность де- лать несколько замеров на одной делянке) и опыт, заложенный согласно мето- дике полевого опыта с повторениями в пространстве и времени, позволил по- лучить максимально достоверные результаты.
Исследования показали, что существует тесная связь между урожайно- стью озимой пшеницы и характеристиками динамики NDVI. Коэффициент кор- реляции в случае с NDVI максимальным за всю вегетацию составил 0,71 (высо- кая сила связь), для NDVI в колошение – 0,50 (средняя сила связи), а для NDVI среднего за вегетацию – 0,74 (высокая сила связь). Полученные значения явля- ются значимыми для р=0,01.
Высокую степень связи урожайности и вегетационного индекса NDVI подтверждают карты Парето – ни одна из выбранных переменных не была ис- ключена при расчетах, и каждый из показателей значим (рисунок 7).
Рисунок 7 – Степень влияния фотосинтетической деятельности и радиационного режима посевов озимой пшеницы на урожайность
Для установления возможности использования данных ДЗЗ при прогно- зировании урожайности посевов озимой пшеницы отдельных полей нами была использована величина максимального значения NDVI за весенне-летний пери- од. Построенная регрессионная модель характеризуется высокой достоверно- стью, так как коэффициент аппроксимации для нее составляет 0,50.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что суще- ствующая зависимость урожайности озимой пшеницы от данных дистанцион- ного зондирования земли, в частности вегетационного индекса NDVI – это про- явление взаимосвязи фотосинтетической продуктивности с оптико- биологическими свойствами посевов, а, следовательно, с их поглотительной и отражательной способностью. Такой вывод обусловлен тем, что основой про- дукционного процесса является фотосинтез, а фотосинтез, как нами было пока- зано, непосредственно связан с данными дистанционного зондирования Земли.
3.11. Экономическая эффективность производства зерна озимой пшеницы. Наибольший уровень рентабельности был получен на вариантах с применением минеральных удобрений по предшественнику чистый пар, в среднем по сортам этот показатель составил 85,4 %, что выше, чем на не удоб-
ренном фоне на 22,9 %, и больше, чем на предшественнике озимая пшеница на удобренном фоне на 22,0 %, а на не удобренном – на 45,1 %. Наиболее при- быльно выращивание озимой пшеницы в оптимальные сроки сева (30 сентября – 5 октября), в среднем по сортам здесь прибыль составила 21,7 тыс. руб./га, что больше, чем на раннем и позднем сроках на 30,3 и 26,6 % соответственно. Более высокий доход обеспечили посевы с нормой в 4 миллиона всхожих семян на 1 га, в среднем по сортам прибыль составила – 23,3 тыс. руб./га, что больше, чем при 5 и 6 млн. на 7,3 и 16,1 % соответственно. У сорта Арсенал максималь- ная прибыль при минимальной норме высева получена за счет высокой уро- жайности, а у сорта Ставка – за счет качества зерна.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Различные элементы технологии возделывания озимой пшеницы оказы- вают существенное влияние на ее фотосинтетическую деятельность: на паро- вом предшественнике, по сравнению с колосовым, значения ПФСП больше на 30,5 %, а ХФСП – на 48,7 %. Применение минеральных удобрений на предше- ственнике пар увеличивает эти показатели на 49,3 и 64,2 % соответственно, а по озимой пшенице – на 61,1 и 68,8 %. При оптимальных сроках сева значения по- верхностного фотопотенциала выше, чем при ранних на 21,4 %, а при поздних – на 33,6 %. При оптимальной норме высева ПФСП выше, чем при минимальной на 20,0 %, а при максимальной – на 29,7 %. При оптимальном сроке сева вели- чина ХФСП на 21,6 % больше, чем при раннем и позднем, а при оптимальной норме высева он выше на 27,4 %, чем как при пониженной, так и при повышен- ной. Максимальные значения ПФСП в среднем по технологическим приемам выращивания отмечаются у сортов Ставка и Стать – 2,94 (м2/м2)·сутки, а ХФСП у сорта Стать – 62,92 г/м2·сутки. Из изученных элементов технологии возделы- вания сроки сева и минеральные удобрения в наибольшей степени оказывают влияние на ПФСП – на 23,7 и 22,5 % соответственно, а на ХФСП – нормы вы- сева и сортовые особенности – на 20,5 и 19,4 % соответственно.
Размер и продолжительность работы фотосинтетического аппарата посе- ва определяют его возможность сформировать конечную урожайность биомас- сы. Коэффициенты корреляции между этим показателем и фотопотенциалами оценивается величинами 0,69 для ПФСП, и 0,72 для ХФСП.
Значения чистой продуктивности фотосинтеза в расчете на площадь ас- симиляционной поверхности и единицу хлорофилла снижаются при улучшении условий выращивания. При оптимальных сроках сева значения ЧПФ в расчете на единицу площади и единицу хлорофилла выше, чем при ранних и поздних. У сорта Арсенал отмечается максимальные значения ЧПФS, а у сорта Зустрич она больше для ЧПФChl. Существует обратная связь между значениями фотопо-
тенциала и чистой продуктивностью фотосинтеза (коэффициент корреляции – -0,59 для поверхностного фотопотенциала и -0,70 – для хлорофиллового). На ЧПФ в расчете на единицу площади и единицу хлорофилла в наибольшей степени оказывают влияние взаимодействие всех изученных факторов (более 40 %).
Коэффициенты поглощения ФАР растениями повышаются на удобрен- ном фоне и при оптимальных нормах и сроках сева. На полученные закономер- ности оказывают влияние сортовые особенности. Наименьшая разница в по- глощении приходящей ФАР верхней и нижней частями посева отмечено у сор- та Арсенал ‒ 44,7 и 55,3 %, тогда как у сорта Ставка верхней частью посева по- глощается всего 33,9 %, а нижней – 66,1 %. Корреляционная связь между КПД ФАР и площадью фотосинтезирующей поверхности составила 0,63, с содержа- нием хлорофилла – 0,56, со стеблестоем – 0,50, с высотой растений – 0,61, а также с ПФСП и ХФСП – 0,68 и 0,72 соответственно.
Улучшение предшественника и уровня минерального питания увеличива- ет значения NDVI посевов озимой пшеницы в среднем на 14,5 % и на 19,0 % соответственно. У посевов поздних сроков сева вегетационный индекс NDVI на 7,4 % ниже, чем у ранних и оптимальных. Явно выраженных закономерностей по влиянию норм высева на NDVI нами не выявлено. Влияние сортовых осо- бенностей посевов на вегетационный индекс в среднем составляет 7,9 %. Сорт Стать характеризуется наибольшими значениями NDVI.
Вегетационный индекс NDVI тесно связан с показателями фотосинтети- ческой деятельности – коэффициенты корреляции составляют 0,38-0,74. Для всех характеристик динамики NDVI наиболее тесная связь наблюдается с фото- синтетическими потенциалами (ПФСП и ХФСП) – коэффициент корреляции составляют 0,59-0,74. Коэффициент поглощения посева, ПФСП, площадь ли- стьев и относительное содержание хлорофилла в листьях и отдельно в растени- ях в наибольшей степени оказывают влияние на вегетационный индекс NDVI.
Урожайность озимой пшеницы на паровом предшественнике на 51,6 % больше, чем на колосовом. Улучшение условий минерального питания на предшественнике пар способствует увеличению урожайности в среднем на 44,1 %, а на озимой пшенице – на 55,3 %. Наибольшая урожайность формируется на оптимальном сроке сева, которая больше, чем на раннем и позднем, на 5,3 и 9,1 % соответственно. В среднем по сортам за годы исследований нормы высева не оказали доказуемых различий на урожайность. В среднем по технологическим приемам наиболее урожайным в наших опытах был сорт Арсенал (5,3 т/га).
Наибольший уровень рентабельности получен на вариантах с применени- ем минеральных удобрений по предшественнику пар, в среднем по сортам он
составил 85,4 %, что выше, чем на не удобренном фоне на 22,9 %, и больше, чем на предшественнике озимая пшеница на 22,0 и 45,1 % на удобренном и не удобренном фонах соответственно. Наиболее прибыльно выращивание озимой пшеницы в оптимальные сроки сева – в среднем по сортам прибыль составила 21,7 тыс. руб./га, что больше, чем на раннем и позднем сроках на 30,3 и 26,6 % соответственно. Более высокий доход обеспечили посевы с нормой в 4 млн./га – в среднем по сортам прибыль составила 23,3 тыс. руб./га, что больше, чем при 5 и 6 млн., на 7,3 и 16,1 % соответственно. У сорта Арсенал максимальная при- быль при минимальной норме высева получена за счет высокой урожайности, а у сорта Ставка – за счет качества зерна.
Существует устойчивая связь урожайности с фотосинтетической деятель- ностью растений озимой пшеницы, о чѐм свидетельствуют значимые коэффи- циенты корреляции 0,65-0,81. Наиболее тесная наблюдается с ХФСП. Относи- тельное содержание хлорофилла в листьях, ПФСП и максимальная площадь листьев в наибольшей степени влияют на урожайность.
Для отдельных полей с большим набором вариаций технологических приемов выращивания существует тесная и значимая связь между урожайно- стью посевов озимой пшеницы и характеристиками динамики вегетационного индекса NDVI (коэффициенты корреляции составляют 0,50-0,74). Наибольший коэффициент корреляции получен с NDVI средним за вегетацию. Для прогно- зирования урожайности озимой пшеницы по данным дистанционного зондиро- вания Земли следует использовать NDVI максимальный за весенне-летний пе- риод (коэффициент корреляции – 0,71).
Таким образом, вегетационный индекс NDVI – это проявление взаимо- связи фотосинтетической продуктивности с оптико-биологическими свойства- ми посевов, а, следовательно, с их поглотительной и отражательной способно- стью. Такой вывод обусловлен тем, что основой продукционного процесса яв- ляется фотосинтез, а фотосинтез, как нами было показано, непосредственно связан с данными дистанционного зондирования Земли.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
1. Данные дистанционного зондирования Земли, в частности, вегетаци- онный индекс NDVI, следует использовать для оценки состояния и прогнозиро- вания урожайности посевов озимой пшеницы не только для больших террито- рий (край (область), район), но и для отдельных полей, что существенно повы- шает объективность и оперативность такой оценки.
2. На чернозѐме обыкновенном Центрального Предкавказья для повы- шения экономической эффективности производства зерна с сохранением уро- жайности при посеве озимой пшеницы новых сортов селекции ФГБНУ «Севе-
ро-Кавказский ФНАЦ» в оптимальные сроки норму высева можно снижать до 4 млн./га.