Формирование продуктивности раннеспелых гибридов кукурузы и приемы их возделывания на зерно в условиях лесостепи Среднего Поволжья

Актуальность. Кукуруза в мировом зерновом балансе занимает третье место, после риса и пшеницы, и возделывается в основном как зерновая культура. В большинстве стран мира, где выращивают эту культуру производство зерна на душу населения составляет 50−100 кг, а в таких странах как США — 886 кг, Канада — 266 кг, Аргентина -485 кг, Франция — 267,3 кг, Румыния — 472 кг, Венгрия — 656 кг. В России этот показатель составляет 11 кг.

В нашей стране посевы кукурузы предназначены, прежде всего, для получения силоса, хотя во многих регионах она является самой урожайной зерновой культурой.

Вместе с тем ресурсы фуражного зерна (ячменя, овса, кукурузы) уменьшились до 15 млн. т, тогда как для нужд животноводства необходимо минимум 27 млн. т зерна, а для полной его потребности в 2,5 раза больше (Сотченко B.C., Мусорина Л. И., 2000).

Увеличение производства зерна товарной кукурузы является одним из важнейших условий стабилизации продовольственной базы России. Из зарубежного опыта известно, что высоких достижений в производстве зерна можно добиться за счет кукурузы. Являясь одной из технологичных культур, требовательной к условиям произрастания, нельзя игнорировать тот факт, что кукуруза — самая урожайная фуражная культура. Ее урожайность в среднем по России и основным кукурузосеющим районам выше чем у яровой пшеницы, ярового ячменя или овса в 1,5−2 раза. Немаловажным фактом является и то, что себестоимость кукурузного зерна не выше себестоимости пшеницы. Если кукурузе уделять столько же внимания, сколько пшенице, производство ее зерна резко возрастет.

За последние 10−15 лет создано новое поколение раннеспелых гибридов, с коротким вегетационным периодом и высокой зерновой продуктивностью (6−8 т/га) пригодных к возделыванию в зонах с ограниченными тепловыми ресурсами.

Учитывая это обстоятельство реально ставить вопрос о возделывании кукурузы на зерно в нетрадиционных зонах. Лесостепь Среднего Поволжья и в частности Пензенская область, относится к таким зонам, поэтому сортоизучение гибридов кукурузы и разработка приемов их возделывания на зерно в местных природно-климатических условиях является объективной необходимостью, и представляет определенный научный и практический интерес.

Цель исследований — изучить особенности формирования продуктивности раннеспелых гибридов кукурузы и разработать наиболее эффективные приемы получения высоких урожаев зерна.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

— установить сроки прохождения фаз роста и развития гибридов кукурузы при различных суммах эффективных температур;

— изучить фотосинтетическую деятельность гибридов кукурузы;

— показать формирование структуры урожая и определить урожайность зерна;

— изучить особенности роста и развития гибридов в зависимости от уровня минерального питания и сроков посева;

— выявить влияние минерального питания на формирование структуры агрофитоценоза;

— определить урожайность зерна в зависимости от уровня минерального питания и сроков посева;

— дать энергетическую оценку возделывания раннеспелых гибридов кукурузы на зерно.

Научная новизна. Применительно к условиям лесостепи Среднего Поволжья установлены оптимальные критерии длины вегетационного периода и его структуры, для возделывания гибридов на зерно. Изучена фотосинтетическая деятельность посевов кукурузы. Выявлены корреляционные связи между элементами зерновой продуктивности растений. Впервые установлено влияние уровня минерального питания на формирование структуры агрофитоценоза по зерновой продуктивности и показана степень действия изучаемых факторов на варьирование урожайности зерна.

Положения выносимые на защиту:

— закономерности роста и развития растений, их фотосинтетическая деятельность и основы формирования зерновой продуктивности у раннеспелых гибридов кукурузы;

— закономерности роста, развития и формирования зерновой продуктивности при различных уровнях минерального питания и сроков посева у раннеспелых гибридов кукурузы.

Практическая значимость результатов исследований. Результаты исследований позволили дать всестороннюю оценку раннеспелых гибридов кукурузы районированных в Российской Федерации. Выделить и рекомендовать производству гибриды наиболее адаптированные к природно-климатическим условиям зоны, которые способны при оптимальных сроках посева и уровне минерального питания формировать урожайность зерна 6−7,7 т на гектар. Гибриды и приемы их выращивания прошли производственную проверку и внедрены в СПК «Петровкий» Башмаковского района.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1Л Генетический потенциал гибридной кукурузы и его реализация.

В настоящее время в основном возделывается гибридная кукуруза. Она является наиболее ценным вкладом в сельское хозяйство, сделанным биологами IX века. Именно практическая реализация явления гетерозиса, возникающего в результате скрещивания самоопыленных линий, потомство которых превосходит по росту и урожайности родительские линии, позволила кукурузе стать одной из наиболее продуктивных и распространенных культур в мировом земледелии.

И.Г. Кельрейтер первым пытался объяснить, почему гибриды более мощные, чем родители. Он проводил межвидовую гибридизацию растений в течение 51 года (с 1755 по 1806 гг.). Ему принадлежит приоритет в открытии возможности направленного прямого использования гетерозиса в практике (Чучмий И.П., Моргун В. В., 1990).

Ч. Дарвин (1950) был первым, кто дал общую теорию о природе гетерозиса. Причину гетерозиса он видел в неоднородности половых элементов, сливающихся при оплодотворении. После Ч. Дарвина было много различных теорий гетерозиса, например Дж. Г. Шелла (1955) и А. Ф. Шелла (1955), но ни одна из них не позволила всесторонне объяснить это явление.

Первую генетическую теорию, объясняющую природу гетерозиса на основе доминантности, предложил в 1910 г. Брюс (1910) и Кибл с Пилью (1910). Некоторые ученые считают, что объяснение природы гетерозиса нужно искать в сочетании гипотез Дж. Г. Шелла и Джонсан. Такую попытку сделал Ист в 1936 году (Ричи Ф., 1955). Существенный вклад в познание гетерозиса внесли работы отечественных ученых Н. В. Турбина (1960; 1961; 1969; 1974), Е. А. Тепловой (1974; 1976), И. К. Ткаченко (1974), Л.В. Хо-тылевой (1966; 1968), М. И. Хаджинова (1968), П. С. Федорова (1960; 1968а- 19 686- 1968в), В. А. Струнникова (1983).

Несмотря на то, что ни одно из объяснений не является полным, это явление широко применяется в растительном и животном мире. Для практики сельского хозяйства достаточно того, что гетерозис повышает урожайность гибридного растения, ускоряет его созревание, повышает устойчивость к вредителям и болезням.

Кукуруза одна из наиболее урожайных зерновых культур на планете. Средняя урожайность зерна кукурузы в мире колеблется 34−35 ц/га. В странах Северной Америки урожай зерна кукурузы составляет 52 ц/га, Европе — 46, Австралии — 56,2, Азии — 35,5, Южной Америке — 27,1, Африке — 17 ц/га. Высокую урожайность зерна кукурузы получают в Греции (99 ц/га), США (63,2 ц/га), Чили (84,9 ц/га), Франции (80,9 ц/га), Италии (82,9 ц/га), Австрии (64,8 ц/га), Канаде (66,3 ц/га), Египте (64,2 ц/га), Китае (50,1 ц/га). Резервы повышения продуктивности кукурузы далеко еще не исчерпаны, поскольку только 63% посевных площадей в мире засевается наиболее продуктивными гибридными семенами первого поколения (Чучмий И.П., Моргун В. В., 1990; Крамарев С. М., 1999).

С введением в производство гибридов кукурузы урожай их с каждым годом увеличивается за счет повышения генотипического потенциала урожайности, улучшения технологии выращивания или взаимодействия этих факторов.

По данным W.A. Russel (1974) в штате Айова с 1930 по 1970 годы примерно 63% годовой прибавки урожая зависело от генетического улучшения гибридов, а 37% от улучшения условий выращивания. Практически к такому же выводу пришел D. Duvick (1977), у которого за тот же период и в тех же условиях, но на других гибридах, генетический вклад в повышение урожая составил от 57 до 60%. По мнению указанных авторов, генетическое улучшение новых гибридов кукурузы объясняется главным образом улучшением корневой системы и устойчивостью растений, что позволило более полно реализовать потенциал урожайности при большей густоте растений и увеличенном количестве азотных удобрений. Важную роль при этом сыграли устойчивость к засухе и безпочатковости при повышенной густоте растений.

W.A. Russel (1984) показал, что значительное увеличение урожайности в США наблюдалось после 1950 года. Сравнение урожайности при различной загущенности выявило, что гибриды 1980 годов при высокой загущенности урожайнее на 66,4%, чем сорта прошлых лет, выращиваемые при низкой густоте стояния растений.

Интересные результаты получены фирмой Де-Клаб, которая провела испытания гибридов кукурузы, созданных в 1940, 1950, 1960 и 1970 годах. Они выращивались на одном и том же высоком агрофоне при одинаковой густоте стеблестоя (55 тыс./га). Такая густота для современных гибридов недостаточна, наибольшую продуктивность они показывают при большой норме высева. Несмотря на это гибриды, созданные в 1940 годы дали по 54,8 ц/га, в.

1950 — 73,5, в 1960 — по 88,5 ц/га. Урожайность гибридов, выведенных в 70-х годах превысила 101 ц/га. В условиях, способствующих наиболее полной реализации потенциальной продуктивности современных гибридов, урожайность достигала 200 ц/га (Du-vick D., 1980).

Ежегодный генетический вклад за последние 50 лет составил не менее 0,6 ц/га, хотя следует иметь в виду элементы современной технологии выращивания, большое количество растений на единицу площади, высокий уровень удобрений, хорошую защиту от сорняков и своевременный посев, т. е. необходимые факторы для проявления потенциальной урожайности.

В связи с этим С. М. Крамарев (1999) приводит данные по США, где он показывает, что производство зерна кукурузы снача-ло росло за счет расширения посевов и роста урожайности, которая в 1930;1939 гг. составила 15,2 ц/га, в 1940;1949 гг. — 20,2, в 1950;1954 гг. — 24,4, в 1960;1964 гг. — 39,3, в 1970;1974 гг. — 52,8, в 1980 г. — 57,1, в 1982 г. — 68,6, в 1990 г. — 74,8, в 1992 г. — 82,5, в 1993 г. — 63,2 ц/га. Наиболее интенсивный рост урожайности произошел с 1950 по 1982 годы, когда этот показатель повысился с 23,8 до 68,6 ц/га, то есть на 44,8 ц/га. В полученном приросте на долю удобрений пришлось 12,5 ц/га (28%), пестицидов — 10,6 (23,8%), гибриде первого поколения — 6,3 (14,2%), усовершенствованной агротехники — 8,8 (19,8%) и на долю загущенных посевов -6,3 ц/га (14,2%).

Детальный анализ увеличения урожайности показал, что за 32 года за счет применения средств интенсификации, то есть дополнительного вложения в агросистему кукурузы ресурсов энергии в виде удобрений, пестицидов, новых видов гибридов и усовершенствованной технологии, урожайность возросла почти в 3 раза.

В настоящее время в США сосредоточено 20% мировых посевов кукурузы, производится 34,2% ее зерна. Определена потенциальная урожайность гибридов кукурузы: в штате Айова — 163,7 ц/га, Иллинойс — 159,9, Индиана — 162,1, Огайо — 165,4 ц/га. Увеличение урожайности на 60% связано с улучшением генетических показателей качества семян. Семенные компании постоянно улучшают гибриды и создают новые. Сейчас внедряются в производство генетически модифицированная Bt — кукуруза.

В 1996 г. посевные площади под генетически модифицированной кукурузой в зерновом поясе США возросли по сравнению с 1997 г. на 220%. Это произошло за счет сокращения посевов обычной кукурузы и снижения посевных площадей пшеницы. Новая кукуруза устойчива к сплошной обработке гербицидом раун-дапом.

В аналитическом материале по оценке получения высоких урожаев (кукуруза и сорго, 1988) приводятся сведения, о том, что рекордный урожай зерна в 248 ц/га — получен в штате Иллинойс (США) в 1986 году, а в среднем по штату урожайность составила 163 ц/га. Для посева здесь использовались продуктивные гибриды, устойчивые к полеганию, вредителям и болезням, с высокой фотосинтетической активностью и большой площадью листьев, которые в течение 90 дней эффективно поглощают солнечную энергию (увеличение урожайности за счет более высокого КПД фотосинтетической активной реакции (ФАР) на 50% по сравнению с гибридами с меньшей эффективностью фотосинтеза). Густота стояния растений 62−75 тыс./га. Для повышения урожая потребовалось рациональное внесение удобрений, особенно азота, анализа почвы, растений, некорневой подкорми микроэлементами, орошение в критические для роста и развития фазы растений, обработка с учетом типа и структуры почвы.

По данным M.R. Carlone, W.A. Russel (1987) теоретически рассчитанный потенциал продуктивности гибридов кукурузы, имеющих прямостоячие листья и хорошую эффективность фотосинтеза, в условиях штата Иллинойс при высоком уровне агротехники может составить 313 ц/га. Авторы так же сообщают, что гибриды выведенные до 1960 года негативно реагируют на загущение посевов, а гибриды 1960;1980 гг. — положительно.

К подобным выводам пришел Н. Томов и С. Митев (1980), которые считают, что за счет увеличения густоты стояния растений многие современные раннеспелые гибриды близки по продуктивности к позднеспелым.

О высоких потенциальных возможностях современных гибридов свидетельствуют результаты изучения в трех агроклиматических зонах Франции 33 гибридов кукурузы различной скороспелости при разных густотах, которые были включены в национальный каталог за последние 30 лет (Derieux М., Darrigrand A. and all., 1987). Показано, что с 1950 по 1984 годы средний урожай зерна кукурузы увеличился с 15 до 60 ц/га. Половина прироста приходится на долю улучшения генотипа. Сильное повышение устойчивости новых гибридов к полеганию позволило увеличить густоту посева, что также способствовало увеличению урожая. Коэффициент регрессии урожая на густоту возрос с 0,08 в 1950 до 0,59 в 1980 г. Современные гибриды отличаются повышенной адаптивностью к низким температурам, полеганию, засухе и другим факторам среды, что обеспечивает более стабильную их урожайность.

В Российской Федерации пока систематически не исследуется генетический вклад в увеличение урожая кукурузы, но уже сейчас ясно, что этот вклад способствует повышению урожайности кукурузы в различных почвенно-климатических зонах страны. Так, включенный в реестр 1993 года по Центрально-Черноземному, Уральскому, Нижневолжскому регионам России раннеспелый гибрид Росс 145МВ в среднем показал продуктивность зерна 58,5 ц/га, что на 12,3 центнера больше ранее районированного гибрида Днепровский 141. Районированный в 2000 году Краснодарский 194МВ, гибрид раннеспелого типа, за годы испытания показал урожайность 55,8−69,8 ц/га. Средняя урожайность нормализованного сухого вещества в Центральном регионе — 94,4 ц/га, Волго-Вятском — 65,2 ц/га, Северо-Кавказском регионе 128,7 ц/га, Нижневолжском — 68,9 ц/га, что выше возделываемого гибрида на 4,9- 16,0- 10,3 ц/га соответственно (Хаджинов М.И., Лавренчук Н. Ф. и др., 2001).

А.А. Романова и О. Н. Панфилова (2000) сообщают, что новый раннеспелый гибрид Поволжский 107СВ за последние пять засушливых лет в условиях северо-западной зоны Волгоградской области показал среднюю урожайность 47,8 ц/га, что выше на 5−8 ц/га гибрида, который районирован в этой зоне. Авторы так же сообщили, что новый гибрид очень пластичный, это подтверждается результатами экологического испытания. Так, в Белгородской СХА, урожай зерна составил 60,9 ц/га, превысив стандарты на 612 ц/га, в Пензенском НИИСХ — 97,6 ц/га, что выше стандарта на 18−20 ц/га, в Сибирском опорном пункте — 43,5 ц/га, что больше стандартов на 5−12 ц/га, на Воронежской опытной станции — 53,6 ц/га, превышение составило 4−7 ц/га. В Саратовской области Поволжский 107 СВ испытывали при орошении, урожай зерна был получен 96 ц/га.

Высокой урожайностью (60−80 ц/га) отличаются новые раннеспелые гибриды СТК 189, Прогноз 132 СВ, Каскад 195 СВ, Каскад 235 MB, которые испытывались в различных областях РФ и превысили по урожаю зерна на 1−12 ц/га гибриды ранее районированные (Орлянский Н. А., Зубко Д. Г., 2000; Миленин В. В., 2001; Асыка Ю. А., Журба Г. М. и др., 2001).

Таким образом, на основании выше изложенного можно сделать следующее заключение. Дальнейшее увеличение производства кукурузы будет в основном происходить за счет роста урожая зерна этой культуры. Для решения этой проблемы необходимы применение зональных научнообоснованных систем удобрения и других средств химизации, использование современных технологий возделывания кукурузы, внедрение новых высокопродуктивных гибридов кукурузы. Следует также отметить, что для Пензенской области наиболее эффективным и менее затратным резервом развития кукурузосеяния является подбор для возделывания новых, раннеспелых гибридов кукурузы, оптимально приспособленных к местным почвенно-климатическим условиям.

114 ВЫВОДЫ.

1. В зависимости от суммы эффективных температур, местных почвенно-климатических и организационно-хозяйственных условий, для гарантированного получения спелого зерна, вегетационный период гибридов кукурузы должен составлять 112−124 дней. К таким гибридам относятся Нарт 150 СВ, Кинбел 144 СВ, Росс 144 MB, Росс 145 MB, Росс 151 MB.

2. Фотосинтетический потенциал (ФП) определяется биологическими особенностями гибридов. Гибриды с большей площадью листьев и длиной вегетационного периода формируют больший ФП. Однако наибольший ФП не определяет максимальную чистую продуктивность фотосинтеза.

Стабильно высокой активностью работы листового аппарата характеризовались гибриды Росс 145МВ, Росс 144 MB, Росс 151 MB и ЗПТК 196, на каждую тысячу единиц фотосинтетического потенциала они формируют 1,66−1,71- 1,50−1,66- 1,61−1,66 и 1,50−1,72 кг зерна соответственно.

3. Длина початков, число рядов зерен, число зерен в ряду, не зависимо от года выращивания гибридов, характеризуются средней изменчивостью. Коэффициент их вариации выше 10, но менее 20%. Масса початка и зерна с растения характеризуются высокой изменчивостью (V= 19,6−26,9%)). Стабильно низкая изменчивость наблюдается по выходу зерна (V-6,4−7,8%>).

4. Индивидуальная зерновая продуктивность растений кукурузы предопределяется массой початка. В свою очередь масса початка не имеет однозначной сильной связи с другими признаками продуктивности, которые могли бы служить косвенным маркером для отбора гибридов оптимально адаптированных к местным условиям. Вместе с тем, можно отметить, что существует стабильная тенденция предопределения массы початка числом зерен в нем. В свою очередь, для таких гибридов как Нарт 150СВ, Кинбел 144 СВ, Росс 144 MB, Росс 145 MB и Росс 151 MB число зерен на початке предопределяется количеством рядов зерен.

5. Классификация гибридов по урожайности (посредством НСР05) показала, что к первой группе относится ЗПТК 196- ко второй Росс 145 MB, Росс 151 MB, Катерина СВ, Самбез 165 MB, Росс 191 MB, Росс 197 MB, Росс 199 MB, Коллективный 181, Краснодарский 200- к третьей группе: Нарт 150 СВ, Кинбел 144 СВ, Росс 144 MB, Кинбел 181 СВ и Коллективный 172 MB.

6. Лучшей адаптацией, на меняющиеся по годам условия выращивания, характеризуются гибриды Росс 145 MB и ЗПТК 196. Урожайность этих гибридов (5,3−6,1- 5,3−68 т/га) дважды достоверно превышала среднюю урожайность по опыту и один раз находилась на уровне средней урожайности всех гибридов.

7. По степени влияния на величину урожайности на первом месте находятся погодные условия, которые складываются в год выращивания. На их долю приходится 52,85%. На втором месте генотип гибридов, который обуславливает 22,4% урожайности. Взаимодействие «год-гибрид» обуславливает варьирование урожайности на 12,5%. Влияние других факторов ниже.

8. Максимальная площадь листовой поверхности, фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза у гибридов ЗПТК 196 и Росс 145 MB формировались при уровне минерального питания N100P70K45.

9. Установлена высокая положительная зависимость урожайности от площади листьев в период цветения. Она выражается уравнением регрессии Y=0,686 303+0,235 334-Х+0,36 485-Х2. Решение уравнения показывает, что для получения 7 тонн зерна с гектара требуются раннеспелые гибриды способные под влиянием приемов выу ращивания формировать 29 тыс. м /га.

10. Оптимальная структура агрофитоценоза по массе зерна с растения формируется при уровне минерального питания NjooPvoIQs.

11. Наибольший урожай зерна гибриды формируют при выращивании минеральных удобрений в дозе действующего вещества N100P70K45. Гибрид ЗПТК 196 — 60.77, Росс MB — 5,8.7,2 т/га.

12. При посеве в ранние (3−5/V) и рекомендованные (11−15/V) сроки разница в урожайности зерна, в среднем по годам не установлена. Сроки посева гибридов кукурузы могут быть с 3 по 15 мая. Конкретно они должны определяться интенсивностью нарастания эффективных температур, качеством подготовки почвы и степенью засоренности полей.

13. Главным фактором определяющим урожайность зерна гибридов является применение минеральных удобрений, на его долю приходится 56,0.65,9%. Стабильное влияние оказывает генотип, то есть правильно подобранный гибрид для выращивания определяет 15. 16,6% урожайности. Сроки посева оказывают существенное влияние на урожайность только в неблагоприятные по погодным условиям годы.

14. При производстве зерна кукурузы, основные энергоемкие операции связаны с сушкой и послеуборочной доработкой зерна, на их долю приходится 40.70%, на долю минеральных удобрений 27,350,9% от общих совокупных затрат энергии.

15. Самый высокий коэффициент энергетической эффективности посева имел гибрид Росс 145 MB (5,9), несколько ниже (5,4) ЗПТК 196 — обладающий более высокой урожайностью зерна. При этом максимальный чистый энергетический доход складывается при уровне минерального питания N100P70K45.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Рекомендовать хозяйствам Пензенской области, для получения зерна, шире внедрять гибриды кукурузы Росс 145 MB и ЗПТК 196, которые оптимально приспособлены к местным почвенно-климатическим условиям и обладают высокой продуктивностью.

2. Раннеспелые гибриды кукурузы целесообразно выращивать при внесении минеральных удобрений в дозе действующего вещества N10oP7oK45.