Введение. Из всех абиотических стрессов именно засуха является основным лимитирующим фактором на пути стабильного производства сои, так как сокращает урожай семян этой агрокультуры до 50 % [1–5]. Ответ растения на засуху очень сложен и включает в себя взаимодействие между различными молекулярными, биохимическими и физиологическими процессами [6]. В мире, в котором засуха – все более распространенное явление, выращивание многих сельскохозяйственных культур на орошении становится не просто модным трендом, а необходимостью [7–9]. Например, в Республике Казахстан в 2016 г. посевные площади сои составили 106 тыс. га, из которых 98 тыс. га сосредоточены в поливных условиях юга и юго-востока страны [10]. Все больше агрономов в ЦФО России обращают внимание на сою, поскольку эта культура, несмотря на высокие затраты на ее возделывание, является высокорентабельной, как в богарных условиях, так и на поливе [11]. Доказано, что орошение обеспечивает получение стабильных урожаев зерна сои, значительно превышающих ее урожайность на богарных землях [12–14]. В связи с изменениями климата ареал сои тоже изменяется – появляется новая работа для селекционеров, которым нужно создавать сорта, отзывчивые на влагу, либо засухоустойчивые. Так и происходит: на юге РФ уже выращиваются засухоустойчивые сорта либо сорта на орошении [11].
Цель исследования – изучить отзывчивость сортов сои селекции Омского АНЦ на оптимизацию условий увлажнения и минерального питания в засушливых условиях степи Омской области.
Материал и методы. Исследование проводилось в 2019 и 2020 гг. в СПК «Плодопитомник Черлакский» Черлакского муниципального района (степная зона) Омской области – 43°15′ с.ш., 76°54′ в.д. Полевые опыты заложены на одном почвенном участке и двух фонах – неполивном (богарном) и орошаемом. Предшественник – пшеница яровая мягкая.
Почва – чернозем южный легкосуглинистый. В результате агрохимического обследования участка перед посевом выявлено низкое содержание гумуса (3,1 %), нитратного азота 0–0,4 м (6,00–6,45 мг/кг почвы); содержание подвижного фосфора (328–367 мг/кг) и обменного калия (396–436 мг/кг) в пахотном слое – очень высокое, рН = 7,2.
Полевой эксперимент реализован путем наложения сортов сои на различные варианты минерального питания. Схема опыта включала следующие факторы: А – допосевное внесение фосфорсодержащего минерального удобрения (аммофос) (контроль – без удобрений и 60 кг д.в./га (P0 и P60)); B – допосевное внесение азотного минерального удобрения (аммиачная селитра) (контроль – без удобрений, 30 и 60 кг д.в./га (N0, N30 и N60)); C – сорта сои омской селекции, включенные в Государственный реестр селекционных достижений с допуском по 10-му региону (Сибирячка (стандарт), Эльдорадо, Золотистая, Черемшанка).
Основная обработка почвы – отвальная на 0,20–0,22 м. Минеральные удобрения вносили локально сеялкой СЗП-3,6 в соответствующие варианты весной до предпосевной культивации. Норма высева сои – 0,8 млн шт. на гектар. Посев во II декаде мая сеялкой СЗП-3,6. Площадь: делянки – 129,6 м2, учетная – 12,9 м2. Повторность – трехкратная.
Оптимальный режим влажности почвы поддерживался за счет спринклерного орошения. Проведено по три полива: II декада июля, I и II декада августа – поливная норма 300 м3/га, оросительная норма 900 м3/га.
В период вегетации (8–12 июня) для снижения доли сорной растительности посевы обработаны гербицидом «Пивот», ВК (0,8 л/га). Уборка и учет урожайности семян сои проводилась 15–20 сентября комбайном Sampo 130.
Агрохимический анализ почвенных образцов, отобранных перед посевом сои, сделан в ФГБУ Центр агрохимической службы «Омский» по общепринятым методикам: ГОСТ 26423-85 – методы определения рН; ГОСТ 26213-91 – методы определения органического вещества; ГОСТ 26488-85 – определение нитратов по методу ЦИНАО; ГОСТ 26204-91 – определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО.
Определение биохимических показателей в зерне образцов из вариантов опыта проводили в лаборатории физиологии и биохимии растений Омского АНЦ: содержание азота определяли в абсолютно сухой массе на автоматическом анализаторе KjeltekAuto 1030 Analyzer (коэффициент пересчета азота на белок для зерна сои – 6,25) [15]; содержание сырого жира – в аппарате Сокслета по разности обезжиренного и необезжиренного остатка [16].
Индекс засухоустойчивости STI (Stress tolerance index) рассчитан по формуле STI = (Yp×Ys)/Ȳp2, где Yp – урожайность генотипа при орошении; Ys – урожайность при стрессе засухи (на богаре); Ȳp – среднее значение урожайности всех испытываемых образцов при орошении [17]. Статистическую обработку полученных данных проводили по пособию Б.А. Доспехова [18].
В Черлакском районе в период посева и появления всходов сои наблюдалась жаркая и сухая погода: средняя температура воздуха за II и III декады мая 21,6 и 20,7 °С соответственно в 2019 и 2020 гг., при практически полном отсутствии осадков – 7 и 3 мм. В летний период избыточно влажным был лишь июнь 2019 г. (ГТК 2,69), в июне 2020 г. наблюдалось недостаточное увлажнение (ГТК 0,72), погода в остальные летние месяцы была очень засушливой (ГТК от 0,18 до 0,42) (табл. 1). В целом период май – сентябрь в 2019 г. был недостаточно увлажненным (ГТК 0,83), в 2020 г. – очень засушливым (ГТК 0,46). Учитывая, что соя – растение муссонного климата и во второй половине лета в период цветения – налива бобов требовательна к влаге [11, 19], можно сделать вывод о том, что погодные условия в степной зоне в годы проведения опытов были неблагоприятными для этой агрокультуры.
Таблица 1
Метеорологические условия в годы исследования
|
Период |
Среднесуточная температура воздуха, °С |
Сумма осадков, мм |
ГТК |
||||
|
2019 г. |
2020 г. |
2019 г. |
2020 г. |
Среднее многолетнее |
2019 г. |
2020 г. |
|
|
Май |
13,8 |
19,2 |
13,4 |
10,1 |
30,0 |
0,35 |
0,17 |
|
Июнь |
16,1 |
17,7 |
128,0 |
38,0 |
42,0 |
2,69 |
0,72 |
|
Июль |
21,3 |
20,9 |
12,0 |
27,0 |
54,0 |
0,18 |
0,42 |
|
Август |
19,7 |
20,3 |
13,0 |
24,0 |
49,0 |
0,21 |
0,38 |
|
Сентябрь |
12,0 |
12,2 |
37,0 |
24,0 |
30,0 |
1,18 |
0,84 |
|
Май – сентябрь |
16,6 |
18,1 |
203,4 |
123,1 |
205,0 |
0,83 |
0,46 |
Результаты и их обсуждение. Применение удобрений N60P60 в сочетании с поливом (вариант ПУ) положительно сказалось на развитии сои – у всех сортов по сравнению с контролем (вариант БК) увеличились: высота растений – на 14–22 см, количество бобов – на 6–10 шт., семян – на 7–20 шт., масса 1000 семян – на 48–85 г (табл. 2). Но у сортов Сибирячка и Золотистая достоверно (на 4 см) снизилась высота прикрепления нижнего боба. В варианте ПУ у Эльдорадо отмечены максимальные в опыте показатели по высоте стебля – 70 см, количеству бобов и семян на растении – 20 и 43 шт. соответственно; самый крупносемянный сорт Черемшанка – масса 1000 шт. 197 г.
Установлено, что в среднем по сортам применение минеральных удобрений положительно сказывается на засухоустойчивости сортов сои. Наименьшее значение коэффициента засухоустойчивости (STI) в контроле (без внесения удобрений) и в варианте P60 – 0,38 и 0,30 соответственно; наибольшее – в вариантах N60P60 и N60 – 0,81 и 0,96 (рис. 1). Результаты исследований подтверждают вывод, сделанный нами ранее, о повышенной засухоустойчивости сорта Эльдорадо [20]. Этот сорт имеет наибольший STI в опыте, особенно в вариантах N60 и N30 P60 – 1,35 и 1,34 соответственно. Корреляционный анализ урожайности и STI испытываемых сортов, как и в опытах Р.С. Ержебаевой с соавторами [19], показал сильную положительную связь – r = 0,836.
Сорт Эльдорадо в среднем по богаре был самым урожайным – 1,49 т/га с максимумом в варианте N30P60 1,69 т/га – прибавка к стандарту Сибирячка 0,67 и 0,85 т/га соответственно. Но в условиях орошения среднее по этим сортам практически равнозначно – 1,8 т/га, при этом соя Сибирячка показала максимальный в опыте результат 2,92 т/га в варианте N60P60, сорт Эльдорадо был вторым с отставанием в 0,36 т/га в варианте N60 (табл. 3).
Таблица 2
Структура урожая сортов сои на богаре и поливе
в зависимости от условий минерального питания*
|
Показатель (НСР05***) |
Вариант** |
Сибирячка, стандарт |
Эльдорадо |
Золотистая |
Черемшанка |
|||||
|
К |
У |
К |
У |
К |
У |
К |
У |
|||
|
Высота, см |
растения (6,5) |
Б |
41 |
42 |
48 |
52 |
39 |
47 |
41 |
45 |
|
П |
41 |
55 |
45 |
70 |
31 |
56 |
39 |
58 |
||
|
прикрепления нижнего боба (2,9) |
Б |
11 |
10 |
7 |
7 |
13 |
11 |
9 |
10 |
|
|
П |
7 |
7 |
8 |
9 |
7 |
9 |
9 |
7 |
||
|
Кол-во, шт. |
бобов (3,7) |
Б |
8 |
8 |
14 |
15 |
7 |
11 |
9 |
11 |
|
П |
15 |
16 |
15 |
20 |
8 |
15 |
10 |
19 |
||
|
семян (5,8) |
Б |
15 |
16 |
36 |
40 |
12 |
21 |
15 |
23 |
|
|
П |
23 |
29 |
31 |
43 |
16 |
26 |
18 |
35 |
||
|
Масса 1000 семян, г (21,0) |
Б |
105 |
126 |
112 |
120 |
100 |
129 |
112 |
128 |
|
|
П |
121 |
162 |
129 |
160 |
120 |
160 |
143 |
197 |
||
Примечание: (*) – здесь и далее средние значения за 2019 и 2020 гг.; (**) – К – контроль; (***) – для частных средних; У – N60P60; Б – богара; П – орошение.
Рис. 1. Коэффициент засухоустойчивости сортов сои в зависимости
от условий минерального питания
Таблица 3
Урожайность сортов сои на богаре и поливе в зависимости
от условий минерального питания, т/га
|
Вариант |
Сорт (фактор C) |
Среднее по фактору |
|||||
|
Фосфор (фактор A) |
Азот (фактор B) |
Сибирячка, стандарт |
Эльдорадо |
Золотистая |
Черемшанка |
A |
B |
|
кг д.в./га |
|||||||
|
Богара |
|||||||
|
Р60 |
N60 |
1,03 |
1,51 |
1,20 |
1,30 |
1,14 |
1,30 |
|
N30 |
0,84 |
1,69 |
1,11 |
1,07 |
|||
|
0 |
0,68 |
1,58 |
0,96 |
0,74 |
1,18 |
||
|
0 |
N60 |
0,92 |
1,49 |
1,49 |
1,46 |
1,13 |
|
|
N30 |
0,87 |
1,48 |
1,17 |
1,18 |
0,94 |
||
|
0 |
0,57 |
1,20 |
1,05 |
0,70 |
|||
|
Среднее, C |
0,82 |
1,49 |
1,16 |
1,07 |
1,14 |
||
|
НСР05: А – 0,10; В – 0,12; С – 0,13; для частных средних – 0,33 |
|||||||
|
Орошение |
|||||||
|
Р60 |
N60 |
2,92 |
1,91 |
1,79 |
2,17 |
1,77 |
2,08 |
|
N30 |
2,09 |
2,23 |
1,69 |
1,67 |
|||
|
0 |
1,27 |
1,16 |
1,26 |
1,13 |
1,77 |
||
|
0 |
N60 |
1,75 |
2,56 |
1,70 |
1,85 |
1,59 |
|
|
N30 |
1,61 |
1,63 |
1,46 |
1,80 |
1,19 |
||
|
0 |
1,35 |
1,45 |
1,09 |
0,83 |
|||
|
Среднее, C |
1,83 |
1,82 |
1,50 |
1,57 |
1,68 |
||
|
НСР05: А – 0,19; В – 0,23; С – 0,27; для частных средних – 0,65 |
|||||||
Наиболее значимым фактором, определяющим пригодность соевого сырья для переработки, является биохимический состав зерна, от которого во многом зависят питательная ценность и потребительские свойства готовых продуктов [21]. На контроле (без удобрений) все сорта, за исключением Эльдорадо на богаре, были низкобелковыми (по градации ВИР [22]): 30,49–35,48 % на богаре; 31,14–31,94 % на орошении (табл. 4). Очевидно влияние низкого содержания нитратного азота в пахотном горизонте почвы. На удобренном фоне без полива показатели повысились до среднего уровня – 36,93–38,05 %, при этом у сорта Золотистая белковость семян улучшилась на 7,56 %. На орошении этот сорт также перешел в ранг среднебелковых – 38,17 %, а наилучший результат получен по сорту Черемшанка – 39,96 %.
Таблица 4
Содержание сырого белка и жира в абсолютно сухом веществе семян сортов сои
на богаре и поливе в зависимости от условий минерального питания, %
|
Фон |
Вариант |
Сорт |
Среднее по фону |
Среднее по варианту |
|||
|
Сибирячка, стандарт |
Эльдорадо |
Золотистая |
Черемшанка |
||||
|
Белок |
|||||||
|
Богара |
К |
33,23 |
35,48 |
30,49 |
32,52 |
35,19 |
32,93 |
|
У |
36,93 |
37,72 |
38,05 |
37,08 |
37,45 |
||
|
Орошение |
К |
31,32 |
31,90 |
31,94 |
31,14 |
34,03 |
31,58 |
|
У |
34,37 |
33,43 |
38,17 |
39,96 |
36,48 |
||
|
Среднее по сорту |
33,96 |
34,63 |
34,66 |
35,18 |
|
||
|
Жир |
|||||||
|
Богара |
К |
21,93 |
20,51 |
21,07 |
22,83 |
20,60 |
21,59 |
|
У |
20,96 |
19,07 |
18,32 |
20,08 |
19,61 |
||
|
Орошение |
К |
22,14 |
23,04 |
21,41 |
22,60 |
20,99 |
22,30 |
|
У |
20,29 |
21,14 |
18,59 |
18,73 |
19,69 |
||
|
Среднее по сорту |
21,33 |
20,94 |
19,85 |
21,06 |
|
||
Примечание: К – контроль; У – N60P60.
По содержанию жира в семенах изучаемые сорта в основном можно отнести к группе среднемасличных. На орошении на неудобренном фоне сорта Сибирячка, Черемшанка и особенно Эльдорадо, имеющий максимальный показатель в опыте 23,04 %, проявили себя как высокомасличные генотипы.
Выявлено повышение белковости семян на удобренном фоне по сравнению с контролем: на богаре – на 4,52 %, при орошении – на 4,90 %, – и снижение масличности на 1,98 и 2,61 % соответственно. Это вполне объяснимая ситуация, так как в соотношении содержания белка и жира в семенах сои существует отрицательная корреляция, на которую указывают многочисленные исследования [21]. В нашем опыте особенности сортов и условий их выращивания значительно изменяли силу этой зависимости, а в варианте «орошение-контроль» связи не выявлено (рис. 2), так как при стабильно низкой белковости – от 31,14 до 31,94 % (максимум × 100 / минимум = 102,6 %), масличность семян значительно различалась в зависимости от сорта – от 21,41 до 23,04 % (107,6 %). В остальных условиях связь очень высокая, но лишь в варианте «богара-удобрения» она прямолинейная. Наиболее сильно сортовое разнообразие по качеству семян проявилось на удобренном участке при орошении: белок – от 33,43 до 39,96 % (119,5 %), жир – от 18,59 до 21,14 % (113,7 %), что отражает линия тренда 4ПУ.
1 БК – вариант 1 «богара-контроль», 2 БУ – вариант 2 «богара-удобрения»,
3 ПК – вариант 3 «орошение-контроль», 4 ПУ – вариант 4 – «орошение-удобрения»
Рис. 2. Корреляционная связь содержания белка и жира в абсолютно сухом веществе семян
сортов сои на богаре и поливе в зависимости от условий минерального питания
Заключение. Таким образом, двухлетнее изучение 4 сортов сои сибирского генотипа свидетельствует о их сортовой специфичности на изменение условий увлажнения и минерального питания в степи Омской области. Сорт Эльдорадо был самым засухоустойчивым и в среднем по вариантам опыта на богаре наиболее урожайным – 1,49 т/га с максимумом в варианте N30P60 1,69 т/га (прибавка к стандарту Сибирячка 0,67 и 0,85 т/га соответственно). В условиях орошения соя Сибирячка показала максимальный в опыте результат 2,92 т/га в варианте N60P60, вторым, с отставанием в 0,36 т/га, был сорт Эльдорадо в варианте N60. Выявлено повышение белковости семян на удобренном фоне в сравнении с контролем: на богаре – на 4,52 %, при орошении – на 4,90 %, – и снижение масличности на 1,98 и 2,61 % соответственно. На удобренном фоне без полива белковость семян у всех сортов были на среднем уровне – 36,93–38,05 %, при этом у сорта Золотистая показатель улучшился на 7,56 %. На орошении этот сорт также перешел в ранг среднебелковых – 38,17 %, а наилучший результат получен по сорту Черемшанка – 39,96 %. Сорта Сибирячка, Черемшанка и особенно Эльдорадо, имеющий максимальное в опыте содержание жира в семенах 23,04 %, проявили себя на орошении на неудобренном фоне как высокомасличные генотипы.
