Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы ". 7
1.1. Народнохозяйственное значение культуры 7
1.2. Биологические особенности и ареал распространения 13
1.3. Устойчивость к основным стресс-факторам 17
1.4. История селекции озимого ячменя на Дону 33
1.5. Основные направления в селекции 39
2.Условия, исходный материал и методика исследований 43
2.1. Почвенно-климатические условия 43
2.2. Исходный материал 52
2.3. Методика исследований ". 53
3. Результаты исследований. 58
3.1. Оценка исходного материала для селекции 58
3.1.1. Зимостойкость 59
3.1.2. Продуктивность 65
3.1.3 Продолжительность вегетационного периода 70
3.1.4, Высота растений и устойчивость к полеганию 79
3.1.5. Устойчивость к поражению основными болезнями 84
3.2. Подбор родительских пар для гибридизации 88
3.3. Селекция сортов-двуручек 95
3.4. Хозяйственно-биологическая характеристика созданных сортов 103
4. Биоэнергетическая оценка и экономическая эффективность выращи вания новых сортов озимого ячменя 116
Выводы 122
Предложения практике и производству 124
Список литературы 126
Приложения 144
- Народнохозяйственное значение культуры
- Биологические особенности и ареал распространения
- Почвенно-климатические условия
- Оценка исходного материала для селекции
Введение к работе
Озимый ячмень является раннеспелой и высокоурожайной культурой. Он созревает на 6-8 дней раньше озимой пшеницы и на 10-15 дней раньше ярового ячменя. Это обеспечивает формирование урожайности в более благоприятных по температурному режиму условиях. На Северном Кавказе озимый ячмень является одной из наиболее урожайных зерновых культур. Его средняя урожайность в Ростовской области за период с 1996 по 2003 годы составила 2,33 т/га, что превышает на 0,09 т/га озимую пшеницу, на 0,94 т/га яровой ячмень и зернобобовые культуры, на 1,04 т/га кукурузу («Агропромышленный комплекс Ростовской области», 2004). В благоприятные годы урожайность озимого ячменя в Азовском, Зерноградском, Песчанокопском и других районах достигает 4,0 т/га и более.
Озимый ячмень имеет более низкую зимостойкость ло сравнению с другими озимыми культурами. Поэтому он выращивается в основном в южных районах Ростовской области. Посевная площадь его варьирует от 10 до 40 тыс. га. Такая изменчивость площадей по годам объясняется низкой зимостойкостью существующих сортов. При неблагоприятных условиях осенне-зимнего периода посевы изреживаются и могут погибать (1998,2003 гг.), что крайне неблагоприятно влияет на величину формируемой урожайности.
Широкое внедрение озимого ячменя на полях Дона могло бы способствовать значительному увеличению производства зерна, но недостаточная зимостойкость районированных сортов препятствует увеличению посевных площадей.
Поэтому главной задачей селекции в настоящее время и основной целью на перспективу является выведение и внедрение в производство высокопродуктивных, зимостойких сортов озимого ячменя, устойчивых к полеганию и основным болезням.
Народнохозяйственное значение культуры
Ячмень относится к числу древнейших возделываемых растений земного шара (Ф.Х.Бахтеев, 1953; А.Я.Трофимовская, 1972; В.З.Сергеев, 1970; А.А.Сокол, 1980). Началом введения его в культуру Д.Персиваль (Рег-cival J., 1921Д936) считает X или даже XV тысячелетие до н.э. Археологические данные подтверждают возделывание ячменя в эпоху раннего неолита на территории Передней Азии, в Иране, Ираке и Турции.
Многообразие форм ячменя позволяет выращивать эту культуру повсеместно, от Крайнего Севера до субтропиков включительно.
Ячмень является одной из ведущих сельскохозяйственных культур. В мире он высевается на площади более 80 миллионов гектаров, средняя урожайность составляет 2,3 т/га, а мировое производство - более 160 млн.тонн (А.Панкратов, 2004). По посевным площадям ячмень почти в 2 раза превышает овес и в 4,5 раза рожь. Около 50 % общей площади посевов ячменя сосредоточено в странах Европы, которым принадлежит более половины объема производства ячменя (57-64 %). Для ряда крупнейших европейских стран производителей ячменя (Германия, Франция, Англия) характерна наиболее высокая в мире урожайность - более 5 т/га, что позволяет им производить 15-20 % общего сбора ячменя. Это объясняется использованием значительного количества зерна ячменя для пивоваренной промышленности. Наибольшие площади посевов ячменя сохраняются в России, однако производство его составляет всего 7-17 % от общего производства в мире (Н.А.Родина, 2004).
В Российской Федерации посевы и валовые сборы ячменя занимают второе место после пшеницы. В 2002 году ячменем было засеяно более 10 миллионов гектаров, или 12,2 % от всей посевной площади. Отмечается рост посевных площадей озимого ячменя (в два раза с 1998 по 2002 год). Валовой сбор зерна составляет 18-20 млн тонн (В.Петриченко, 2003) (табл 1). 1. Посевные площади, валовой сбор и урожайность ячменя в РФ.
Ячмень - культура разностороннего использования. По данным ФАО, 42-48 % ежегодных валовых сборов ячменя расходуется на промышленную переработку, включающую приготовление различных кормов, 6-8% - на производство пива, 15% - на пищевые и 16% - непосредственно на кормовые цели (Э.Д. Неттевич и др., 1981; В.А. Алабушев, 1992). Большую часть валового сбора зерна (около 70%) в нашей стране используют на кормовые цели (А.Я. Трофимовская, 1972; В.И. Потапов, 1996).
Ячмень - одна из основных зернофуражных культур. Зерно ячменя, особенно выращиваемое в южных и юго-восточных засушливых районах, является непревзойденным по своим кормовым достоинствам.
В зерне ячменя содержится 10-12% сырого протеина, 2,0-2,2 % жира, 4,5-6,0 % клетчатки, 60-66% безазотистых экстрактивных веществ, 2,8-3,5% золы (В.П. Плешков, 1980; Б.А. Ягодин и др., 1989). Питательная (энергетическая) ценность ячменя - 311 ккал/ 100 г (А.И. Мартьянова, 2000). В состав белкового комплекса зерна ячменя входят более 20 аминокислот. Восемь из них в кормовом отношении особенно важны, так как незаменимы. Наиболее дефицитны лизин, метионин, триптофан и треонин. В 1 кг зерна ячменя, выращенного в южной зоне Ростовской области, содержится 1,22 к.ед., 90,4 г переваримого протеина, 1,64 г кальция, 3,5 г фосфора.
Ячмень можно возделывать также для получения зеленого корма и силоса. В засушливые годы озимый ячмень дает 160 - 200, а во влажные - до 250 - 300 центнеров зеленой массы с каждого гектара. В одном центнере такой массы, скошенной перед колошением, содержится 23,4 кормовых единиц при 2,04 кг переваримого протеина. Зеленная масса долго не грубеет и почти до самой уборки охотно поедается всеми видами животных (В.З.Сергеев, 1970).
Солома ячменя и мякина отличаются более высокими кормовыми достоинствами, чем пшеничная, и служат одним из основных грубых кормов для животноводства. Грубые корма ячменей, выращиваемых в Ростовской области, в кормовом отношении выше в сравнении с соломой и половой из других районов нашей страны (А.А. Сокол, 1985). По содержанию питательных веществ и полноценности ячменная солома стоит выше пшеничной, а ячменная полова равноценна последней (В.З.Сергеев, 1970; Э.Д. Неттевич и др., 1981;Г.В.Бадина, 1988).
Из зерна этой культуры готовят крупы (ячневую и перловую), суррогаты кофе, а также мальц-экстракты (солодовые вытяжки), широко применяемые в медицине, кондитерской, текстильной и кожевеннЪй промышленности. Муку ячменя используют в качестве добавок при хлебопечении. В последние годы широкое распространение получило изготовление хлопьев из круп разных культур, в том числе и ячменя (И.М. Коданев, 1964; Г.М. Добрынин, 1969; С.Н. Пузина, И.Ф. Объедков, 1974; Б.Е. Мельник и др., 1990).
Во многих странах Азии, Африки, Латинской Америки ячмень по -прежнему остается одной из основных хлебных культур (Г.М. Добрынин, 1969; А.А. Сахибгареев, Д.Б. Гареев, 1997). Зрелые зерна ячменя содержат витамины группы А, В, Д, Е и различные ферменты.
Биологические особенности и ареал распространения
Озимый ячмень в процессе роста и развития проходит следующие фазы вегетации: прорастание, всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение, спелость зерна (молочная, восковая, полная). Формирование органов протекает этапами. Различают 12 основных этапов органогенеза (по Ф.М.Куперман, 1971), которые в растении идут параллельно с возрастными изменениями и процессами стадийного развития.
Вода и тепло - основные условия для прорастания семян ячменя. У озимого ячменя появление всходов находится в зависимости от влажности почвы осеннего периода, так как температурный режим в это время благоприятен для прорастания семян. Из-за сухости почвы, особенно при посеве по непаровым предшественникам, длина этой фазы может колебаться от 10 до 35 дней и больше. Всходы могут появиться в период оттепелей зимой или даже весной. В благоприятных условиях фаза «посев-всходы» не превышает 7-8 дней.
Для озимого ячменя фаза «кущение» является самой ответственной, так как от этого зависит благополучная зимовка. В фазе кущения образуются колосовые бугорки, из которых затем формируются колоски. Во время формирования зачаточного колоса все питательные вещества и влага направляются на образование элементов цветка. Поэтому этот период является самым ответственным. Даже самые благоприятные последующие условия при высо 14 кой агротехнике уже не смогут увеличить числа колосков в колосе (В.З.Сергеев, 1970).
После окончания кущения начинается быстрый рост стебля - выход в трубку. Фаза трубкования начинается примерно через 15-18 дней после кущения.
Период от кущения до колошения у озимого ячменя варьирует от 189 до 210 дней. Цветение и оплодотворение в благоприятных погодных условиях проходит через 1-2 дня после выхода колоса из влагалища флагового листа, в засушливых условиях, особенно у позднеспелых сортов, до - выхода из листового влагалища верхнего листа.
У ячменя различают три фазы спелости: молочную, восковую и полную. Молочная спелость у ячменя наступает через 12-15 дней после цветения и оплодотворения. Зерна в молочную спелость мягкие, имеют консистенцию молочка, цвет ярко-зеленый, количество влаги 40-60 %. Восковая спелость устанавливается на 12-15 день после молочной. Зерно приобретает желтую окраску, влажность его снижается до 20-25 %. В конце этой фазы приступают к раздельной уборке ячменя.
Продолжительность фазы «колошение-восковая спелость» у ячменя в Ростовской области обычно составляет 28-31 день, однако при высокой температуре и длительном отсутствии осадков она может сокращаться, в благоприятные же годы, наоборот, увеличиваться на 10-15 дней.
В фазу полной спелости влажность зерна доходит до 14-15 %. В этот период наиболее целесообразно убирать ячмень напрямую. Дальнейшее высушивание растений на корню сопровождается обламыванием отдельных колосков или части колоса и потерей урожая (А.А.Сокол, 1985).
Морозостойкость определяет ареал возделывания озимого ячменя в России. Из общего объема валового сбора зерна озимого ячменя 99 - 100 % приходится на Южный федеральный округ (А.В.Алабушев, 2004). Основные посевные площади озимого ячменя на территории округа расположены в Краснодарском, Ставропольском краях и в Ростовской области.
Краснодарский край является основным регионом возделывания озимого ячменя. Посевные площади озимого ячменя в крае на протяжении 1986-2002 гг. претерпевали значительные изменения. В период с 1986 по 1995 гг., они увеличились на 11 тыс.га ( рис.2). С 1995 г. отмечена тенденция снижения и к 2000 г. посевные площади уменьшились на 50 тыс.га . В дальнейшем необходимо отметить их увеличение на ПО тыс.га к уровню 1996-2000 г. (А.А.Романенко, 2004).
Почвенно-климатические условия
Исследования выполнены в южной зоне Ростовской области, которая расположена на юге Русской равнины и частично на Северном Кавказе, между 45 и 49 северной широты. Она протянулась с севера на юг на 478 км и с запада на восток на 456 км. Общая её площадь -10,9 млн.га.
Почвенный покров сельскохозяйственных угодий в основном представлен черноземами (64,2 %) и каштановыми почвами (26,6 %).
В чернозёмной зоне выделяются подтипы обыкновенные (24,1 %) и южные (30 %) (Е.В.Агафонов, 1992), которые расположены в основном на территориях северных, северо-западных, западных и южных районов области. На северо-востоке и востоке, они сменяются каштановыми почвами, подразделяющимися на темно-каштановые, каштановые и светло-каштановые. В южной зоне Ростовской области основными являются обыкновенные черноземы, которые с агропроизводственной точки зрения являются наиболее плодородными. Они характеризуются наличием мощного гумусового слоя (до 160 см), высокой карбонатностью. Агрохимическая характеристика почв Ростовской области представлена в таблице 2.
Плодородные почвы области способствуют получению высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Однако урожайность по годам значительно колеблется, что в значительной степени связано с погодными условиями.
Ростовская область относится к зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения. Климат южной сельскохозяйственной зоны области континентальный, характеризуется полузасушливым жарким летом и умеренно мягкой зимой. Среднемноголетнее количество осадков составляет 581,8 мм с большими колебаниями в отдельные годы. В период вегетации выпадает две трети годовых осадков, но они, как правило, носят кратковременный ливневый характер, а влага, попадающая при этом в верхние слои почвы, быстро испаряется из-за жаркой погоды в этот период. Сумма температур за период активной вегетации превышает 2800С. По данным Зерноградской метеостанции, среднегодовая температура воздуха +8,7 - +9,5С, гидротермический коэффициент - 0,8-0,85, что характеризует степень засухи по ГТК как слабую (Зональные системы земледелия в Ростовской области на 2001-2005гг.), С апреля по октябрь отмечается 60-65 суховейных дней. Продолжительность безморозного периода составляет 180-200 дней.
Первая половина осени характеризуется сухой, теплой, солнечной погодой с недобором осадков чаще в сентябре. Это затрудняет получение своевременных всходов, рост и развитие озимого ячменя.
Зима чаще умеренно холодная, в последние годы с частыми оттепелями (до 20-35 дней), малоснежная с неустойчивым снежным покровом (высота 2-12-25 см). Среднесуточная температура воздуха в самом холодном месяце январе минус 5С на юге и минус9С на севере. Для зимних месяцев характерна частая смена похолоданий и потеплений. Иногда при коротких похолоданиях температура воздуха понижается до -20 -28С. При отсутствии снежного покрова и таких температурах часто бывает повреждение озимых посевов. Максимальное промерзание почвы достигает 20-40 см на юге и 80-100 см на севере, а в малоснежные зимы -до 160 см.
Возобновление весенней вегетации начинается во второй половине марта на юге и в начале апреля на остальной территории области. В отдельные годы сильные ветры восточных направлений при иссушенной почве вызывают пыльные бури.
Лето обычно жаркое и сухое с максимальной, температурой воздуха в отдельные дни до +35 +45С, а на поверхности почвы до +45+65С. Средняя температура воздуха самого жаркого месяца июля +22 +24С. Осадки в летние месяцы чаще всего выпадают в виде ливней, иногда с градом.
Накопление влаги в почве начинается в октябре - ноябре и продолжается в зимний и весенний периоды. При этом максимальные запасы влаги отмечаются весной (третья декада марта - первая декада апреля). Глубина промоченного слоя в среднем составляет 60 см на юго-востоке и до 110 см на юго-западе. В отдельные годы она может значительно колебаться от 50 до 180-200 см. Запасы продуктивной влаги в промоченном слое на этот период составляют: на юго-востоке -90-100, в центральных и северных районах -120-150, южных и юго-западных-160-180 мм.
К моменту колошения зерновых культур запасы влаги значительно снижаются: на юго-востоке - до 25-40 мм и на остальной территории до 45-65 мм (И.В. Свисюк, З.М.Русеева, 1980).
Недостаток влаги в почве, высокие температуры и суховеи в период колошения налива зерна могут значительно снизить урожайность озимого ячменя.
Оценка исходного материала для селекции
Успехи в создании новых сортов возможны только при наличии и широком использовании генетически разнообразного исходного материала, правильном подборе родительских пар, которые в большой степени, определяют достоинства и недостатки будущих сортов. Н.И. Вавилов в 1935 году писал: «Учение об исходном материале, о происхождении культурных растений должно быть поставлено в основу селекции как науки». Мировая коллекция ВИР, включающая ценнейший исходный материал для работы по всем направлениям, представляет строительный фундамент селекции (В.М.Шевцов, 1981). Поэтому перед каждым селекционером стоит задача не только систематически вовлекать в гибридизацию лучшие и новейшие образцы из мировой коллекции ВИР, но и создавать на её основе свой, местный селекционный материал, хорошо отработанный и приспособленный к конкретным условиям. Только на этой основе можно вести работу по дальнейшему совершенствованию методов селекции и выведения новых сортов (В.В.Глуховцев, 2001).
Основными источниками поступления нового исходного материа ла в наше учреждение являются: мировая коллекция ВИР, новые допу щенные к использованию сорта отечественной и зарубежной селекции, гибридные формы собственной селекции, доведённые до гомозиготности. За период исследований нами было изучено более 200 коллекцион ных образцов озимого ячменя.
В состав изучаемой коллекции вошли образцы различного происхождения: европейскими сортами было представлено 45 % (в том числе из Франции, Германии, Австрии, Испании, Бельгии, Болгарии, Румынии и др.), 36 % занимали сорта отечественной селекции, 12 % приходилось на страны СНГ (Украина, Молдова, Узбекистан), сорта из Америки и Канады составляли 7% (рис.6).
Разнообразные погодные условия в период проведения исследований позволили всесторонне оценить коллекционный материал и выявить наиболее ценные образцы с высокой зимостойкостью, продуктивностью, устойчивостью к полеганию и основным болезням.
В условиях Ростовской области главными факторами, определяющими зимостойкость озимого ячменя, являются морозостойкость, устойчивость к выпиранию, ледяной корке, поражению снежной плесенью.
Устойчивость озимого ячменя к выпиранию, вымоканию, отрицательному влиянию ледяной корки мало зависит от сортовых особенностей. Действие этих факторов сказывается однотипно почти на всех сортах. Морозостойкость растений обусловлена в основном наследственными особенностями сорта и степенью закалки в осенний период. В связи с этим предъявляются высокие требования к исходному материалу, используемому в качестве родительских форм в гибридизации.
Наиболее эффективным и надежным методом оценки сортов озимых культур на зимостойкость является их оценка в полевых условиях.
При изучении коллекционного материала перед нами стояла задача выделить сорта, которые в естественных условиях проявляют лучшую способность к перезимовке. Обстоятельства для определения морозостойкости в естественных условиях не всегда складываются благоприятно. Жесткие условия перезимовки были в 1997/1998 и 2002/2003 годах. Зима 1998 года характеризовалась низкими температурами. Минимальная температура воздуха отмечена -24,9 С, на глубине узла кущения она достигла -15,2 С. В 2002/2003 году в ноябре наблюдались резкие перепады температуры воздуха (максимальная достигла 18,0С, минимальная -7,2С, на почве -11,4С). Гибель и изреживание посевов также вызывали снелшая плесень и ледяная корка.
В эти годы нам удалось в естественных условиях выделить зимостойкие формы. Степень перезимовки всех сортов четко дифференцировалась по их географическому происхождению. Полностью погибли сорта из Австрии, Англии, Бельгии, Болгарии, Венгрии, Испании, Польши, Румынии, Франции, Узбекистана, Чехословакии. Частично сохранились сорта из Германии, США и Канады, но их посевы были сильно изрежены. Высокой зимостойкостью выделились сорта селекции ВНИИЗК им. И.Г.Калиненко и Краснодарского НИИСХ им. П.П.Лукьяненко (табл.4). Среди них наиболее ценными оказались Параллелум 940, Параллелум 934, Параллелум 1259, Парал-лелум 1255, Ростовский 55, Ларец, Радикал, Бастион, Добрыня 3. Эти сорта в неблагоприятных условиях зимовки сформировали полноценный урожай. Они представляют наиболее ценный исходный материал для селекции озимого ячменя и могут использоваться в скрещиваниях в качестве родительских особей.
