Углеродопоглотительная способность посевов озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края

Размещено на http://allbest.ru

10

Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр

Углеродопоглотительная способность посевов озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края

Лусине Робертовна Оганян,

Федор Владимирович Ерошенко,

Елена Олеговна Шестакова

Михайловск, Россия

Аннотация

Разработка технологий выращивания сельскохозяйственных культур, сочетающих не только высокую экономическую эффективность, но и наибольшую углеродопоглотительную способность - важная задача аграрной науки. Целью исследований было определить влияние элементов технологии возделывания (сорта, предшественников, условий минерального питания, сроков сева и шрм высева) на количество углерода, накопленного растениями озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края.

Установлено, что максимальное содержание углерода накапливается посевами по паровому предшественнику на удобренном фоне - 9,83 т/га (в среднем по сортам), минимальное - по колосовому предшественнику на фоне без удобрений - 4,46 т/га.

Улучшение условий минерального питания способствует увеличению содержания углерода в общем урожае, в среднем по сортам оно составило 2,4 т/га, или 52,5 %. сельскохозяйственный озимый пшеница углерод

В среднем по сортам наибольшее количество углерода усваивается как при оптимальном, так и при позднем сроках сева - 6,80 и 6,7 5 т/га, что соответственно выше, чем при ранних сроках сева, на 8,4 и 7,6 %. Нормы высева оказали несущественное влияние на углеродопоглотительную способность посевов.

Так, на вариантах с нормой высева в 4, 5 и 6 млн. всхожих семян на 1 га разница в количестве углерода не превышала 5 %. Установлено, что в среднем по всем вариантам исследований максимальное значение углерода в растениях озимой пшеницы отмечено у сорта Секлетия - 7,21 т/га, минимальное у Партнер - 6,65 т/га.

Наибольшее усвоение углерода растениями озимой пшеницы выявлено у сорта Секлетия - 7,21 т/га, наименьшее у сорта Партнер - 6,65 т/га. Вклад различных органов в общую углеродопоглотительную способность растений озимой пшеницы составляет: листья - 3,8... 7,4 %, стебли - 24,8... 39,7%, зерно - 40,2.53,9% и полова - 11,2.18,2%.

Ключевые слова: озимая пшеница, изменение климата, содержание углерода, технология возделывания, сорт, предшественник, минеральное питание, сроки сева, норма высева

Abstract

Carbon absorption capacity of winter wheat crops in the zone of unstable moisture (the Stavropol Region)

Lusine R. Oganyan, Fedor V. Yeroshenko, Elena O. Shestakova

North Caucasus Federal Scientific Agrarian Center, Mikhailovsk, Russia

The development of growing crops' technologies that combine economic efficiency and highest carbon absorption capacity is an important task for agricultural science.

The aim of the research is to determine the influence of cultivation technology elements (varieties, predecessors, conditions of mineral nutrition, sowing dates and seeding rates) on the amount of carbon accumulated by winter wheat plants in the zone of unstable moisture (the Stavropol Region).

It has been established that the maximum carbon content is accumulated by crops on a fertilized background with a fallow predecessor (9.83 t/ha on average for varieties).

The minimum carbon content is observed on a spiked predecessor without fertilizers (4.46 t/ha). Improving the conditions of mineral nutrition contributes to an increase in the carbon content in the total yield (on average 2.4 t/ha or 52.5%).

The largest amount of carbon is assimilated both at optimal and at late sowing dates (on average 6.80 and 6.75 t/ha), which, respectively, is higher than at early sowing dates (8.4 and 7.6%). Seeding rates does not significantly affect the carbon absorption capacity of crops.

Thus, in variants with a seeding rate of 4, 5, and 6 million germinating seeds per 1 ha, the difference in the amount of carbon does not exceed 5%. It was found that the maximum value of carbon in winter wheat plants was noted in the Sekletiya variety (7.21 t/ha) and the minimum rate was observed in Partner (6.65 t/ha). The highest carbon uptake by winter wheat plants was found in the Sekletiya variety (7.21 t/ha) and the lowest content was observed in the Partner variety ( 6.65 t/ha). The contribution of various organs to the total carbon absorption capacity of winter wheat plants is: leaves - 3.8 ... 7.4%, stems - 24.8 ... 39.7%, grain - 40.2 ... 53.9% and glume - 11.2 ...18.2%.

Keywords: winter wheat, climate change, carbon content, cultivation technology, variety, predecessor, mineral nutrition, sowing time, seeding rate

Введение

В современных условиях глобального и локального изменения климата одной из первостепенных задач, требующих своего решения, является обеспечение устойчивости и эффективности функционирования зерновой отрасли. Безусловно, реализация этой задачи в значительной мере актуальна и для Ставропольского края, входящего в пятерку основных зернопроизводящих регионов страны [1].

По объему производства зерна Ставропольский край занимает третье место в России после Краснодарского края и Ростовской области. Согласно данным Северо-Кавказстата, сегодня (2021 г.) более 75 % валового сбора зерновых составляет озимая пшеница [2]. При этом более 80 % ее объема занимает продовольственное зерно, из которого свыше 60 % приходится на долю сильного и ценного зерна. Вместе с тем, его валовые сборы в регионе подвержены значительным колебаниям. Главным фактором, ограничивающим формирование устойчивого и эффективного производства зерна, является аридность климата: дефицит влаги, частые засухи, суховеи и пыльные бури, периодичность проявления которых увеличивается [3]. Анализ метеоданных позволяет утверждать, что в последние годы происходит потепление климата и отмечается неблагоприятное перераспределение осадков в течение года. Так, по Ставрополю за последние 50 лет среднемноголетняя годовая температура воздуха выросла на 1,4^оС и составила 10,9 ^оС, а осенний, критический для зернового поля период, стал суше в среднем на 20 %.

Наблюдаемое в настоящее время и ожидаемое в перспективе изменение климата, связанное с увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере за счет роста их антропогенных выбросов, несет риски обеспечения безопасности и устойчивого развития сельхозпроизводства [4]. Для минимизации этих рисков большинство стран ратифицировали Парижское соглашения по климату, в котором предусмотрены разработка долгосрочной национальной стратегии «низкоуглеродного» развития и сокращение выбросов парниковых газов как минимум на 40 % к 2030 г. (а в дальнейшем - и до 55 % к 2050 г.) [5, 6].

Следовательно, важнейшим условием устойчивого развития сельхозпроизводства является сохранение и увеличение содержания углерода в почвах и растениях.

С переходом к низкоэмиссионному земледелию, аккумулирующему углерод, и проградационным агротехнологиям связывают также перспективу регулирования баланса выбросов парниковых газов. Необходима Национальная система учета и мониторинга баланса содержания органического углерода c учетом огромного разнообразия природной среды в нашей стране.

Одной из составляющих углеродного баланса сельскохозяйственного производства является способность посевов в ходе фотосинтетической деятельности связывать атмосферный углерод при создании органического вещества. Другими словами, процесс формирования урожая посевами сельскохозяйственных культур сопряжен с их углеродопоглотительной способностью.

В этой связи, целью наших исследований было определить влияние элементов технологии возделывания (сорта, предшественники, условия минерального питания, сроки сева и нормы высева) на углеродопоглотительную способность растений озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили на экспериментальном поле отдела физиологии растений ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ», расположенном в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края с 2018 по 2021 годы.

Почвенный покров опытного участка представлен черноземом обыкновенным среднемощным малогумусным тяжелосуглинистым. При закладке опыта пахотный слой почвы характеризовался следующими агрохимическими показателями: нитратный азот (по Грандваль-Ляжу) - 5,5 мг/кг, подвижный фосфор - 23 мг/кг и обменный калий (по Мачигину) -236 мг/кг.

Климат района проведения исследований континентальный, засушливый, с большой амплитудой годовых колебаний температуры воздуха и атмосферных осадков. По многолетним данным количество осадков в зоне составляет 553 мм, количество эффективных температур - 3177,2 ^оС, ГТК - 1,1...1,3.

В годы проведения исследований погодные условия отличались повышенным температурным режимом и дефицитом осадков в 2018-2019 и 2019-2020 сельскохозяйственных годах. Так, вегетационный период был теплее климатической нормы на 0,9.. .1,3 ^оС. Количество выпавших осадков по годам составило 486; 462 и 577 мм, что соответствует 94,7; 90,0 и 116,1% от нормы.

Для решения поставленных задач нами было заложено 3 опыта (один трехфакторный и два двухфакторных):

1. Сорта озимой пшеницы (фактор А) - Виктория 11, Армада, Партнер, Паритет, Секлетия, Царица; предшественники (фактор B) - черный пар и озимая пшеница; фоны минерального питания (фактор С) - контроль (без удобрений - естественное плодородие почвы) и удобренный (N₆₀P₆₀K₆₀ (нитроаммофоска) перед посевом и N₃₀ (аммиачная селитра) ранней весной.

2. Сорта озимой пшеницы (фактор А) - Виктория 11, Армада, Партнер, Паритет, Секлетия, Царица; сроки сева (фактор B) - ранний (15-20 сентября), оптимальный (30 сентября - 5 октября), поздний (15-20 октября).

3. Сорта озимой пшеницы (фактор А) - Виктория 11, Армада, Партнер, Паритет, Секлетия, Царица; нормы высева (фактор B) - 4, 5, 6 млн. семян на 1 га.

Варианты размещались систематическим методом одним ярусом в соответствии с методическими указаниями Б. А. Доспехова [7]. Учётная площадь делянок составляла 25 м². Повторность опыта - трехкратная. Агротехника - общепринятая для зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края.

Кондиционные семена новых сортов озимой пшеницы после предварительного протравливания Максим Форте (норма 1 л/т) высевали сеялкой СЗП-3,6 на глубину 3,5-4,5 см с нормой высева 5,0 млн. всхожих семян/га. По вегетации проводили плановые обработки гербицидом Прима Форте (0,6 л/ га), а также смесью фунгицидов Альто Турбо (0,4 л/ га) и Фотрин (0,1 л/ га).

Подготовку и обработку почвы, дозы, сроки и способы внесения удобрений, а также мероприятия по уходу за посевами проводили согласно «Системе земледелия нового поколения Ставропольского края» [8]. Количество углерода в растительных образцах озимой пшеницы (листьях, стеблях, полове и зерне) определяли с помощь сканирующего электронного микроскопа Tescan Mira 3 LMH и с использованием программного обеспечения AZtec по методике Северо-Кавказского федерального университета [9]. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методом дисперсионного анализа с использованием программы AgCStat-Excel.

Результаты исследований

Результаты исследований показали, что минимальное содержание углерода в растениях озимой пшеницы в опытах наблюдалось при их возделывании по колосовому предшественнику на неудобренном фоне, которое в зависимости от сорта составило 3,98-4,75 т/га, тогда как при улучшении предшественника наблюдался существенный его рост в посевах озимой пшеницы в 1,8-2,0 раза - до 8,15-9,32 т/га.

Среди изучаемых сортов озимой пшеницы по всем предшественникам наибольшей углеродопоглотительной способностью отличаются Секлетия и Царица, наименьшей - Партнер и Армада. В наших исследованиях отмечена достаточно высокая углеродопоглотительная способность посевов при внесении удобрений по колосовому предшественнику, когда прибавка составила от 45,9 % у сорта Паритет до 60,5 % у сорта Армада. Интерес также представляют данные структуры распределения углерода в растениях озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания.

Установлено, что в надземной части растений озимой пшеницы (лист, стебель, зерно, полова) существенных различий по содержанию углерода между изучаемыми сортами не проявилось.

Однако, стоит отметить, что вне зависимости от предшественника и фона минерального питания в фазе полной спелости в структуре усвоения углерода по органам растений наибольший удельный вес приходится на зерно - 41,6-53,9 % и на стебель - 27,5-39,7 %. Доля половы составляет 11,1-16,7 %, а листьев лишь 4,5-7,4 % (рис. 1).

Внесение минеральных удобрений на чистом паре по сравнению с контролем способствовало увеличению поглощения углерода во всех органах растений озимой пшеницы и в среднем по сортам оно составило: в листьях -на 19,3 %, в стеблях - на 1,1, в зерне - на 17,4, в полове - на 11,5 %.

Рис. 1. Влияние предшественника и уровня минерального питания на содержание углерода в органах растений озимой пшеницы в фазу полной спелости, т/га (в среднем за 2019-2021 гг.).

НСР₀₅ для посева: фактор сорт = 0,37, фактор предшественник = 0,41, фактор фон минерального питания = 0,40

Fig. 1. The influence of the predecessor and the level of mineral nutrition on the content of carbon in the organs of the winter wheat in the phase of complete ripeness, t/ha (on average for 2019-2021).

LSD₀₅ for sowing: variety factor = 0.37, predecessor factor = 0.41, mineral nutrition background factor = 0.40

В большей степени его концентрация возросла при выращивании озимой пшеницы по колосовому предшественнику - соответственно на 52,0; 47,2; 60,9 и 37,3 %. В наших исследованиях на удобренном фоне максимальное содержание углерода в листьях отмечается: по пару - у сортов Армада (0,68 т/га) и Секлетия (0,64 т/га), а по озимой пшенице - у сортов Армада (0,41 т/га ) и Паритет (0,44 т/га). Наибольшее количество углерода в стеблях отмечено у сортов Армада и Паритет (3,38 и 3,80 т/га по пару и 2,25 и 2,32 т/га по колосовому предшественнику), а в зерне по пару у сорта Армада (4,84 т/га), по озимой пшенице - Секлетия (3,60 т/га) и Царица (3,67 т/га), в полове: по пару - Армада (1,20 т/га) и Партнер (1,44 т/га), по зерновому предшественнику - Виктория 11 (1,05 т/га) и Армада (1,05 т/га).

Исследования показали, что в среднем за годы исследований наибольшее количество углерода большинство сортов усвоили как при оптимальном, так и позднем сроках сева - 6,97 и 6,93 т/га, что соответственно выше, чем при ранних сроках, на 9,8 и 9,1%. У сортов Секлетия и Царица содержание углерода повышалось при севе в более поздние сроки (рис. 2).

Рис. 2. Влияние сроков сева на содержание углерода в органах растений озимой пшеницы в фазу полной спелости, т/га (в среднем за 2019-2021 гг.).

НСР₀₅ для посева: фактор сорт = 0,37, фактор срок сева = 0,39

Fig. 2. The impact of sowing dates on carbon content in the organs of winter wheat in the phase of complete ripeness, t/ha (on average for 2019-2021).

LSD₀₅ for sowing: variety factor = 0.37, sowing period factor = 0.39

На оптимальном сроке в среднем по сортам усвоение углерода листьями было на 12,6 и 2,0 % больше, чем на раннем и позднем. Для стеблей данный показатель на оптимальном сроке также был выше остальных и составил 2,12 т/га. В свою очередь, в полове выявлена иная тенденция - на позднем сроке отмечается его максимальное значение (1,00 т/га). Исследования показали, что среди изученных нами технологических приемов выращивания озимой пшеницы нормы высева в меньшей степени оказали влияние на содержание углерода в растениях. Так, на вариантах с нормой высева в 4, 5 и 6 млн. всхожих семян на га разница показателей не превышала 5 %.

Существенное влияние оказали сортовые особенности. В среднем по вариантам наиболее высокое усвоение углерода растениями озимой пшеницы у сорта Царица наблюдается при повышенной норме высева - 6 млн. всхожих семян (7,14 т/га), в то время как у сортов Партнер и Секлетия обратная тенденция - посев семян с нормой высева 4 млн. позволил получить наибольшее количество углерода в растениях - 6,94 и 7,17 т/га соответственно (рис. 3).

Нами установлено, что повышение нормы высева до 6 млн. семян вело к снижению содержания углерода в зерне на 4,9% по сравнению с 4 млн. и на 13,4 % по сравнению с 5 млн. В других органах растений явно выраженных закономерностей по влиянию нормы высева на усвоение углерода растениями озимой пшеницы нами не выявлено.

Установлено, что в среднем по всем вариантам исследований (предшественники, применение минеральных удобрений, нормы и сроки сева) максимальное значение углерода в растениях озимой пшеницы выявлено у сорта Секлетия - 7,21 т/га, минимальное - у сорта Партнер - 6,65 т/га.

Рис. 3. Влияние норм высева на содержание углерода в органах растений озимой пшеницы в фазу полной спелости, т/га (в среднем за 2019-2021 гг.).

НСР₀₅ для посева: фактор сорт = 0,37, фактор норма высева = 0,38

Fig. 3. The influence of sowing norms on the content of carbon in the organs of winter wheat in the phase of complete ripeness, t/ha (on average for 2019-2021).

LSD₀₅ for sowing: variety factor = 0.37, factor of sowing rate = 0.38

Источник: составлено авторами на основании данных научной работы.

Source: compiled by the authors based on the data of scientific research.

Анализ полученных данных показал, что вне зависимости от варианта в структуре распределения углерода по органам растений наибольший удельный вес приходится на зерно - 40,2.. .53,9 %, на стебли приходится 24,8.33,7 %, полове - 11,2.18,2 %, а на листья - лишь 3,8-7,4 %.

Выводы

Агротехнологические приемы выращивания (сорта, предшественники, фон минерального питания, сроки сева, нормы высева) оказывают существенное влияние на углеродопоглотительную способность растений озимой пшеницы.

В среднем по сортам максимальное содержание углерода накапливается посевами на удобренном фоне парового предшественника - 9,83 т/га, минимальное - по колосовому предшественнику на фоне без удобрений - 4,46 т/га.

Наибольшее усвоение углерода растениями озимой пшеницы (в среднем по вариантам) выявлено у сорта Секлетия - 7,21 т/га, наименьшее у сорта Партнер - 6,65 т/га.

Вклад различных органов в общую углеродопоглотительную способность растений озимой пшеницы составляет: листья - 3,8.. .7,4 %, стебли - 24,8.. .39,7 %, зерно -40,2.. .53,9 % и полова - 11,2.. .18,2 %.

Список источников

1. Экономическая эффективность возделывания новых сортов озимой пшеницы селекции Северо-Кавказского ФНАЦ / Ф.В. Ерошенко [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т 32. № 9. С. 114-117. - DOI 10.24411/0235-2451-2018-10927. - EDN YLZPZZ.

2. Посевные площади, валовые сборы и урожайность сельскохозяйственных культур по Ставропольскому краю за 2021 год. Управление Федеральной службы государственной статистики по Северо-Кавказскому федеральному округу, 2022. - 208 с.

3. Реакция новых сортов озимой пшеницы на различные элементы технологии выращивания / Е. О. Шестакова [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т 32. № 8. С. 35-38. - DOI 10.24411/0235-2451-2018-10809. - EDN YAHKJN.

4. Данилов-Данильян В.И. Возможности и основания прогнозирования экономических последствий климатических изменений // Научные труды Вольного экономического общества России. 2022. Т 235. № 3. С. 410-419. - DOI: 10.38197/2072-2060-2022-235-3-410-419.

5. Maximising climate mitigation potential by carbon and radiative agricultural land management with cover crops / E. Lugatto, A. Ctscatti, A. Jones [et al.]. // Environmental Research Letters. 2020. Vol. 15. № 9. 094075. DOI: 10.1088/1748-9326/aba137.

6. Глобальный климат и почвенный покров - последствия для землепользования России / А.Л. Иванов [и др.]. // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2021. № 107. С. 5-32. - DOI: 10.19047/0136-1694-2021-107-5-32. - EDN BDDWCW.

7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). Изд. 5-е доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

8. Система земледелия нового поколения Ставропольского края / В.В. Кулинцев [и др.]. Ставрополь: АГРУС, 2013. 520 с. - EDN TBGYOZ.

9. Методика определения концентрации лигатуры и элементного состава порошков оксигидра- тов, керамических порошков и оптической керамики состава YAG:Re на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) Tescan Mira 3 LMH, с использованием специализированного ПО AZtec. Ставрополь: Северо-Кавказский федеральный университет, 2017. 16 с.

References

1. Eroshenko FV, Shestakova EO, Oganyan LR, Storchak IG. Economic Efficiency of Cultivation of New Winter Wheat Varieties, Originated in the North-Caucasian Federal Scientific Agrarian Center. Achievements of science and technology in agro-industrial complex. 2018;32(9): 114-117. (In Russ.). Available from: doi:10.24411/0235-2451-2018-10927. EDN: YLZPZZ.

2. Department of the Federal State Statistics Service for the North Caucasus Federal District, editor. [Acreage, gross harvests and crop yields in the Stavropol Territory for 2021]. Stavropol: Department of the Federal State Statistics Service for the North Caucasus Federal District; 2022. (In Russ.).

3. Shestakova EO, Eroshenko FV, Storchak IG, Oganyan LR. Reaction of new varieties of winter wheat on different elements of cultivation technology. Achievements of science and technology in agroindustrial complex. 2018;32(8): 35-38. (In Russ.). Available from: doi:10.24411/0235-2451-2018-10809. - EDN: YAHKJN.

4. Danilov-Danil'yan VI. Possibilities and basisfor forecasting the economic consequences of climatechange. Scientific works of the free economic society of Russia. 2022;235(3): 410-419. (In Russ.). Available from: doi: 10.38197/2072-2060-2022-235-3-410-419.

5. Lugato E, Ctscatti A, Jones A, Ceccherini G, Duveiller G. Maximising climate mitigation potential by carbon and radiative agricultural land management with cover crops. Environmental Research Letters. 2020;15(9): 094075. Available from: doi:10.1088/1748-9326/aba137.

6. Ivanov AL, Savin IYu, Stolbovoy VS, Dukhanin YuA, Kozlov DN, Bamatov IM. Global climate and soil cover - implications for land use in Russia. Dokuchaev Soil Bulletin. 2021;(107): 5-32. (In Russ.). Available from: doi: 10.19047/0136-1694-2021-107-5-32.

7. Dospekhov BA. [Metodika polevogo opyta (s osnovami statistic.obrabotki rezul'tatov issledovanij)]. 5th ed. Mosc.: Agropromizdat; 1985. (In Russ.).

8. Kulincev VV, Godunova EI, Zhelnakova LI, Udovydchenko VI, Petrova LN, Dridiger VK, et al. [Sistema zemledelija novogopokolenija Stavropol 'skogo kraja]. Stavropol: AGRUS; 2013. (In Russ.). - EDN: TBGYOZ.

9. North Caucasus Federal University, editor. [Method for determining the concentration of ligature and elemental composition of powders of oxyhydrates, ceramic powders and optical ceramics of the YAG composition:Re on a scanning electron microscope (SEM) Tescan Mira 3 LMH, using specialized AZtecsoftware]. Stavropol': North Caucasus Federal University; 2017. (In Russ.).

Размещено на Allbest.ru