Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


17.12.2015

При разработке селекционно-агротехнических программ и сортовой агротехники следует исходить из того, что создаваемые сорта и конструируемые агроэкосистемы должны возможно в меньшей степени зависеть от нерегулируемых факторов внешней среды и в то же время обладать высокой отзывчивостью на те из них, которые находятся под агротехническим контролем. Динамичность факторов внешней среды, лимитирующих величину и качество урожая в открытом грунте, обычно весьма велика. Особенно это касается гидротермического режима, почвенного плодородия, в т.ч. сезонной и профильной изменчивости физико-химических свойств почвы, качественного состава гумуса, содержания доступных питательных веществ, вариабельность показателей которых взаимосвязана. С учетом комплексного действия факторов внешней среды на каждом этапе онтогенеза растений необходимо оптимизировать соотношение NPK, влажности и других показателей почвы с учетом возможных кумулятивных, синергических, компенсаторных и других эффектов взаимодействия. И, наконец, каждая культура и сорт, а также адаптивно значимые и хозяйственно ценные признаки обладают специфичной отзывчивостью (реакцией) на действие факторов внешней среды. Причем возможно изменение и коррелятивных связей между признаками. Следует также различать генетическую защищенность хозяйственно ценных признаков от действия стрессовых факторов («генотип доминирует над средой»), а также генетическую детерминированность отзывчивости на регулируемые факторы внешней среды (Кээ, Крэ). Однако в каждом случае важно учитывать экономическую эффективность и экологическую оправданность техногенных затрат.
Сортовая агротехника базируется на управлении модификационной изменчивостью растений, т.е. определяется спецификой адаптивных реакций каждого сорта (гибрида) на разных этапах онтогенеза, а также характером корреляций (положительных и отрицательных) между компонентами потенциальной продуктивности и экологической устойчивости. В случаях использования многолинейных и синтетических сортов, а также смешанных посевов необходимо оценивать влияние агротехнических приемов и на изменение генотипической структуры соответствующих агроценозов. По мере увеличения числа факторов внешней среды, регулируемых за счет агротехники, нужно создавать сорта с более высоким уровнем отзывчивости и на эти факторы. Изучая характер адаптивных реакций разных сортов, следует различать эковалентность независимых и функционально связанных признаков. При этом коэффициенты вариации (CV) и корреляции (RP и RG) могут быть использованы как в селекции, так и при программировании урожаев сельскохозяйственных растений, включая разработку сортовой агротехники.
Получены многочисленные данные, свидетельствующие о специфичности реакции разных сортов на действие факторов внешней среды. Так, в работах Львова, Прянишникова, Harvey, Буткевича, Брежнева, Сказкина, Балашова, Годуновой и других была показана специфичность отзывчивости сортов и гибридов разных культур на орошение и удобрения (дозы N, Р, К, их соотношение, сроки внесения и т.д.). К примеру, сортовая специфика отзывчивости томата на изменение условий внешней среды проявлялась по признакам как урожайности, так и средней массы плода, способности завязывать плоды в условиях высоких и низких температур, содержанию сухих веществ, сахаров и витамина С в плодах и др. Если сорта томата Сибирский скороспелый и Грунтовый грибовский оказались весьма отзывчивыми на микроудобрения (прирост урожая составил 59-150%), то у сорта Сибирский штамбовый под действием этих же факторов урожайность изменилась всего лишь на 3-23%. В опытах Gerloff различия между разными сортами томата и фасоли по эффективности использования поглощенных элементов питания достигали 44% для азота, 72% для фосфора и 100% для калия. В благоприятные годы продуктивность сорта ячменя Ганна Лоосдорфская от внесения NPK повышалась в 2-2,5 раза, тогда как у сорта Южный - лишь на 15%. Влияние азотных удобрений на величину и качество урожая разных сортов озимой пшеницы (табл. 5.17) продемонстрировано в опытах Сандухадзе и Егоровой. При этом внесение удобрений приводит к увеличению сырой клейковины на 12,4% у сорта Московская 39 и на 8,6% у сорта Инна. В тех случаях, когда применяли весь комплекс изучаемых факторов интенсивных технологий, прирост количества сырой и сухой клейковины относительно абсолютного контроля у сорта Московская 39 составил соответственно 20,0 и 3,4% и 19,0 и 6,6% у сорта Инна (без изменения группы качества клейковины). Обнаружены также сорта гречихи, способные в 2-4 раза больше поглощать Р из фосфоритной муки. Различия между сортами отмечены и по их реакции на нитратную и аммиачную формы азота. В опытах Bruetsch, Estes показаны генетические различия между сортами по эффективности использования поглощенных N, Р, К, Са и Mg на единицу сухого вещества. Существенные сортовые особенности у сельскохозяйственных культур проявляются также в способности противостоять стрессовому уровню (недостатку или избытку) содержания в почве кальция, алюминия, магния, цинка и других элементов минерального питания. Хотя эффективность применения удобрений на кислых почвах зависит в основном от степени устойчивости к ним культивируемых видов растений, различия между сортами по отзывчивости на удобрения в этих условиях могут перекрывать таковые между видами. Сорта одного и того же вида по-разному реагируют на гербициды и другие физиологически активные соединения; неодинаково они поражаются возбудителями болезней и вредителями.
Генетическая обусловленность специфики сортовой отзывчивости растений на агротехнические приемы была продемонстрирована уже в опытах Harvey, показавшего, что способность разных сортов томата лучше усваивать нитратную или аммиачную формы азота контролируется определенным генным комплексом. Наиболее полно генетическая обусловленность различной отзывчивости культивируемых видов и сортов растений на удобрения (генетика минерального питания) раскрыта в работах Климашевского, Гамзиковой и др. Установлено, что из более 200 генотипов злаковых и бобовых культур для 82% сортов коэффициент использования элементов питания составил 19-20% и только для 18% - 36-51%. Генотипическая дифференциация сортов проявляется в их разной отзывчивости как на преобладание в почве N или Р, так и реакции на ту или иную форму азотного и фосфорного питания. Если агрохимически эффективные сорта обеспечивают прибавку урожая от действия туков на 97%, то агрохимически неэффективные - лишь на 22%. Считается, что сортовая специфика избирательности растений в отношении эффективного использования удобрений принадлежит, главным образом, корневым системам, поглотительная, экскреторная и метаболическая особенности которых генетически детерминированы.

Роль сортовой агротехники в системе высокоточного земледелия

Учитывая противоречивость и малочисленность литературных данных о генетических основах сортовой агротехники, мы провели широкую серию соответствующих опытов. В качестве модельной культуры был использован томат, характеризующийся не только высокой генотипической вариабельностью, но и значительной фенотипической пластичностью в варьирующих условиях внешней среды. Изучали специально подобранную группу сортов, гибридов и форм, отражающих биологическое разнообразие (по типу куста, кисти, плода, скороспелости, урожайности и др.) вида L. esculentum Mill. Кроме того, в указанную группу были включены и предполагаемые родоначальники культурного томата L. esculentum var. racemigerum, L. esculentum var. cerasiforme. Полученные данные подтвердили генетическую обусловленность отзывчивости растений на условия водообеспеченности и минерального питания. Показано, что при разработке сортовой агротехники должна быть учтена специфика нормы реакции на факторы внешней среды каждого из компонентов и субкомпонентов, обусловливающих потенциальную продуктивность и экологическую устойчивость растений, а также величину и качество их урожая. При этом степень влияния сорта на урожайность достигает 43%, на содержание сухих веществ - до 61%, титруемых кислот - до 41%. В то же время должна учитываться и специфика действия самих факторов внешней среды. Так, в условиях высокой водообеспеченности (80% от ПВ) недостаток в почве фосфора, а тем более азота, решающим образом (на 40-84%) определяет величину урожая, тогда как степень влияния сорта в этих условиях оказывается сравнительно низкой, особенно при недостатке азота (всего 4%). Если степень влияния недостатка калия на урожайность и содержание сухих веществ по сравнению с влиянием сорта невелика, тот же недостаток калия на 34% определяет величину титруемой кислотности в плодах при доле влияния сорта, равной 18%. На величину урожая, содержание сухих веществ и титруемых кислот в плодах наряду с сортом существенное влияние оказывает уровень водообеспеченности (соответственно 28, 15 и 12%).
Полученные нами и другими исследователями данные указывают на сортовую специфику отзывчивости растений на загущение. Так, с увеличением густоты стояния растений томата (как в условиях теплицы, так и в поле) повышался ранний и общий урожай на единицу площади, хотя число плодов на одно растение и средний вес плода снижались. Повышение урожайности при большей густоте стояния растений - в основном результат увеличения общего числа плодов, образовавшихся в расчете на единицу площади. Причем ранний урожай увеличивался не за счет ускорения созревания плодов, а благодаря их большему числу на первых цветочных кистях. Сокращение числа плодов в среднем на одно растение по мере увеличения густоты стояния растений связано с уменьшением числа кистей на растении, снижением числа цветков в среднем на одну кисть. В целом, при загущении растений роль сортовой агротехники резко возрастает. Это объясняется тем, что, несмотря на генетическую обусловленность отзывчивости растений на загущение, практическая реализация потенциальной продуктивности обусловлена всем комплексом агротехники (внесением удобрений, сроками высева, равномерным размещением растений на площади, борьбой с сорняками и болезнями и т.д.).
В связи с тем что в сельскохозяйственном производстве все большее распространение получают гибриды F1, разработка для них специальной агротехники приобретает исключительно большое значение. Литературные данные в большинстве случаев указывают на большую стабильность проявления хозяйственно ценных признаков у гетерозиготных растений в меняющихся условиях среды по сравнению с соответствующими гомозиготами. Хотя стабильность инбредных линий иногда и оказывается выше по сравнению с гетерозиготами, такие данные, считает Pierce, относятся к признакам, не связанным с репродуктивными системами. По мере того как среда становится менее благоприятной, гетерозигота проявляет все большее превосходство над исходными чистыми линиями. Полученные нами данные свидетельствуют о том, что тенденции в изменении величины и качества урожая гибридов, выращенных в разных условиях, в большинстве случаев аналогичны результатам, приведенным ранее для сортов. Однако установленная при этом возможность изменения степени доминантности и тем более направления доминирования хозяйственно ценных признаков в зависимости от условий выращивания гибридов указывает на необходимость учета их дифференцированной отзывчивости на факторы внешней среды и разработки на этой основе специальной агротехники.
Особенно важна разработка сортовой агротехники для агроэкологически специализированных сортов и гибридов, которые отличаются узкими пределами приспособленности к варьирующим условиям внешней среды. Причем величина и качество урожая таких сортов варьирует сильнее не только в результате погодных флуктуаций, но и в зависимости от уровня агротехники. Именно этим и объясняются ситуации, когда техногенно-интенсивные сорта оказываются менее урожайными по сравнению с местными сортами в неблагоприятных почвенно-климатических и погодных условиях, а также при ограниченных возможностях оптимизации условий внешней среды за счет удобрений, мелиорантов, пестицидов, орошения и т.д.
При разработке сортовой агротехники для каждого сорта и гибрида важно выявить специфику «критических» периодов онтогенеза, а также фазы наибольшей отзывчивости на регулируемые факторы внешней среды. Такой подход позволяет значительно повысить оптимизационную и регуляторную роль техногенных факторов. Согласно полученным нами данным, наиболее важным этапом в обеспечении растений томата минеральным азотом оказывается весь ювенильный период, тогда как в период от начала цветения до начала созревания первых плодов растения испытывали наибольшую потребность в калии.
Основным условием получения высокого и качественного урожая плодов, семян, клубней, корнеплодов является обеспечение нормального вегетативного роста растений. В то же время экологические стрессоры приводят к замедлению и даже прекращению ростовых процессов. Так, в условиях засухи полная приостановка роста клубней и корнеплодов достигает 12-14 и более часов в сутки. Показано также, что, чем продолжительнее действие экологического стрессора, тем больше времени требуется растению для восстановления нормального протекания метаболических, в т.ч. ростовых процессов. Причем в условиях ограниченного вегетационного периода подобные ситуации приводят к резкому снижению урожайности. С другой стороны, механизмы повышения толерантности растений нередко связаны с замедленным ростом и даже его полной приостановкой. Поэтому управление ростом растений является одной из главных задач сортовой агротехники. Именно приемами агротехники можно в значительной степени ослабить суточные колебания ростовых процессов и за счет этого повысить величину и качество урожая. Важно учитывать, что многие приемы агротехники, направленные на усиление ростовых процессов (внесение высоких доз азотных удобрений, орошение и др.), могут способствовать снижению устойчивости растений к действию абиотических и биотических стрессоров. Одновременно в качестве важнейшей составляющей сортовой агротехники используют особенности динамики роста и развития сорта (гибрида), а также архитектоники при конструировании адаптивных агроэкосистем и агроландшафтов. Главным требованием при этом должно быть совпадение наиболее благоприятного для конкретной культуры периода вегетации с наибольшей фотосинтетической производительностью соответствующего агрофитоценоза. В системе сортовой агротехники бобовых культур особую роль играет специфика эффективности симбиоза разных сортов, например, клевера лугового и штаммов клубеньковых бактерий в разных условиях внешней среды, и в частности, при разной кислотности почвы (рис. 5.31).
Роль сортовой агротехники в системе высокоточного земледелия

Рассматривая возможности экзогенной регуляции адаптивными реакциями растений за счет агротехнических приемов, важно учитывать и то обстоятельство, что практически все приемы агротехники позволяют в большей мере регулировать рост и развитие растений на этапах вегетативного развития, чем репродуктивных процессов. Между тем именно генеративные органы растений в наименьшей степени защищены от действия экологических стрессоров. Поэтому в селекционно-агротехнических программах повышению устойчивости сортов и гибридов на «критических» этапах онтогенеза (за счет избежания или усиления толерантности) должно быть уделено первостепенное внимание.
Поскольку обязательным условием разработки сортовой агротехники является знание особенностей вариабельности хозяйственно ценных признаков каждого сорта и гибрида под влиянием как регулируемых, так и нерегулируемых факторов внешней среды, особое значение приобретает разработка подходов и методов экспресс-оценки специфики адаптивных реакций культивируемых растений на уровне видов, сортов и агроценозов. Важность именно экспресс-оценки характера адаптивных реакций предложенных к районированию сортов и гибридов растений и своевременной разработки на этой основе их агроэкологических паспортов связана и со всевозрастающими темпами сортосмены (обычно каждые 5-10 лет). В этой связи селекционные центры и НИУ агротехнологического профиля целесообразно оснастить проблемно-ориентированными информационно-измерительными комплексами типа «Биотроп», а также средствами дистанционной оценки состояния агрофитоценозов и агроэкосистем.
Очевидно, что основным документом, формализующим специфику сортовой агротехники, должен быть соответствующий агроэкологический паспорт, характеризующий специфику адаптивных и адаптирующих возможностей сорта (гибрида), а также особенности его возделывания в конкретных почвенно-климатических и погодных условиях. В ряде стран при оценке сортов, наряду с показателями урожайности, устойчивости к абиотическим и биотическим стрессорам, отзывчивости на удобрения, орошение, загущение и пр., приводят данные об их эковалентности и эковариантности, что позволяет обеспечивать быстрое и адаптивное распространение наиболее ценных из них.
Важнейшую роль в повышении эффективности применения техногенных факторов играет сочетание высокой потенциальной продуктивности и экологической устойчивости на уровне сортов (гибридов), агроценозов, агроэкосистем и агроландшафтов. Обусловлено это тем, что, например, под действием засух и суховеев урожайность зерновых культур снижается на 10-60%, кормовых - на 20-50, овощных - на 15-20, плодовых - на 25-55% и выше. Наибольший ущерб посевам наносят почвенные и атмосферные засухи, которые в нашей стране наблюдаются почти ежегодно на 70% площади зерновых культур. Причем в южных регионах летние засухи наступают каждый второй год с вероятностью 98%, уменьшая урожайность зерновых на 10-15 ц/га и более. В целом же в зависимости от условий погоды урожайность сельскохозяйственных культур изменяется в 2-3 раза в зонах устойчивого и в 5-6 раз в зонах неустойчивого увлажнения.
Наряду с засухами большой ущерб растениеводству наносят сильные морозы и заморозки. Урожайность яровой пшеницы, яровой ржи, овса, ячменя, гороха и конопли, попавших под заморозок в фазе всходов, снижается на 60-90%, картофеля на 60%, яровой пшеницы на 20-65%. При этом слабая экологическая устойчивость культивируемых видов и сортов растений приводит к отрицательным последствиям по всей цепи межотраслевых связей АПК, затрагивая животноводство, перерабатывающую промышленность и другие отрасли. Очевидно, что, чем хуже почвенно-климатические и погодные условия региона, тем выше риск применения техногенных факторов (высоких доз минеральных удобрений и мелиорантов, всего ассортимента пестицидов и др.), тем большая роль в их эффективном использовании принадлежит потенциальной продуктивности и особенно экологической устойчивости культур и сортов, а также их сортовой агротехнике.
При формировании доходообразующих признаков и свойств сорта важно учитывать отзывчивость той или иной культуры на действие техногенных факторов (внесение минеральных удобрений и мелиорантов, орошение, применение современных средств механизации и пр.). В этой связи особо выделяют такие культуры, как кукуруза, сахарная свекла, картофель, для которых существует (разумеется, в определенных пределах) практически пропорциональная зависимость между количеством вносимых удобрений (на фоне оптимальной водообеспеченности) и урожайностью. В то же время для большинства зерновых колосовых, зернобобовых, масличных и крупяных культур при высоких дозах минеральных удобрений и мелиорантов переход к уменьшающимся прибавкам урожайности наступает при сравнительно более низкой ее абсолютной величине. Большие темпы экспоненциального роста затрат техногенных ресурсов на каждую дополнительную единицу урожая в этой ситуации обусловлены невысоким значением соответствующих коэффициентов энергетической (Кээ) и ресурсной (Крэ) эффективности. Так, если обычные сорта льна и пшеницы обычно используют 30-35% внесенного азота, то кормовые травы - 40-50% и более. Кроме того, внесение разного количества азотных удобрений не всегда однозначно влияет на урожайность пшеницы и содержание белка в зерне (рис. 5.32). Поэтому в селекционной и агрономической практике, а также при подготовке агроэкологических паспортов сортов и гибридов необходимо оценивать «интенсивность» сорта или гибрида по показателям их отзывчивости на использование техногенных факторов интенсификации. Одновременно следует учитывать и «биологическую интенсивность» сортов, характеризующую степень генетической детерминированности признаков потенциальной продуктивности, экологической устойчивости и средоулучшения. Очевидно, что «техногенная интенсивность» сорта должна быть обеспечена, в первую очередь, для риса, овощных, плодовых, ягодных и других видов растений, возделывание которых связано с большими капитальными вложениями в строительство оросительных и/или осушительных систем, теплиц, капитальную планировку земли, подготовку дорогостоящего посадочного материала, закладку многолетних насаждений и пр., а следовательно, и необходимостью ускорения окупаемости базовых затрат.
Роль сортовой агротехники в системе высокоточного земледелия

В числе биологических причин сравнительно низкой устойчивости и продуктивности отечественного растениеводства на протяжении последних десятилетий лежит неадаптивная структура сельскохозяйственных угодий, обусловленная прежде всего уменьшением соотношения между площадью пашни и лугов, слабой насыщенностью посевных площадей многолетними бобовыми травами и зернобобовыми, снижением роли культур и сортов-взаимострахователей, а также средоулучшающей, почвозащитной, фитосанитарной и фитомелиоративной роли севооборотов. Между тем, чем более разнообразны и хуже природные условия, тем выше роль биологизации и экологизации интенсификационных процессов на основе адаптивного подбора и размещения культивируемых видов и сортов растений (их сортовой агротехники), а также конструирования адаптивных агроэкосистем и агроландшафтов.
Поскольку на территории России проходят биологические границы возможного произрастания важнейших видов культурных растений, резко увеличивается необходимость дифференцированного использования почвенно-климатических, топографических и других особенностей сельскохозяйственных угодий, а также адаптивного потенциала средоулучшающих возможностей возделываемых сортов и гибридов. Причем, чем ближе земледелие продвигается к полярной границе, тем важнее учитывать приспособительные возможности культур и сортов, экспозицию склона, физический и химический состав почвы и пр. Этим, собственно, и объясняется наличие «островов» земледелия за пределами его общей северной границы, а также всевозрастающая роль сортовой агротехники.