Системный подход к анализу структуры урожайности озимой пшеницы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Системный подход к анализу структуры урожайности озимой пшеницы

Н.Н. Петрова,

П.И. Кубарев

Аннотации

В статье приведены результаты исследований по использованию системного подхода к анализу структуры урожайности. Выявлена качественная троичность и количественная восьмимерность типов структуры урожайности. Тип структуры урожайности с тремя плюсами ("+ + +"), превосходящий стандарт по трём признакам, рекомендуется использовать как элемент алгоритма для оценки селекционного материала.

The article presents results of research into the use of system approach to the analysis of productivity structure. We have established that according to quality there are three types of productivity structure and eight types according to quantity. The type of productivity structure, having three pluses (`+ + +'), that is, surpassing three standard indicators, is recommended to use as an element of algorithm for evaluation of selection material.

Введение

Структура урожайности озимой пшеницы и всех злаков включает в себя число колосьев (соцветий), число зерен в колосе и массу 1000 зерен. При этом самая высокая и самая низкая урожайность с единицы площади состоит из этих трех качественных компонентов. Количественное же их состояние изменяется очень сильно от свойств сорта, от условий среды и от принятых технологий. Три элемента структуры урожайности в конечной форме есть итог жизнедеятельности всего онтогенеза и интегрально отражают в количественной форме благоприятность или неблагоприятность условий среды и свойств сорта. Три исходных признака позволяют построить целостную систему из восьми и только восьми подсистем. Системой в нашем анализе выступает "озимая пшеница", она обладает целостностью именно как система, т. е. она имеет параметры воспроизводимости, сохраняемости и приспособляемости. Целостные системы проявляются в "бесконечности форм" [5]. Следовательно, многочисленные сорта и конкретная урожайность - все это проявления одной целостной системы "озимая пшеница". В этой системе мы рассматриваем только структуру урожайности как одну из форм (подсистем) системы "озимая пшеница". Можно было бы рассматривать формы (подсистемы) "онтогенез", "приспособление", "используемая часть", "устойчивость", "наследственность", "озимость", "семена" и т.д., все они проявления "бесконечности форм" целостной системы "озимая пшеница".

Цель исследований - изучение системного подхода к анализу элементов структуры урожайности сортов и семей озимой пшеницы.

Анализ источников

Системный подход обладает упорядочивающим свойством, позволяя многообразие объектов и явлений объединить в определенный порядок, т.е. в систему. При этом системный подход несет в себе "логическую гомологию" [3], что позволяет закономерности одной системы использовать для выявления закономерностей в других системах. Имеется несколько концепций системного подхода. Наиболее известной считается концепция Л. Берталанфи [3]. Более конкретные обобщения сделаны в ОТС (общая теория систем) Ю.А. Урманцева [2] и А.И. Уёмова [1]. Литература по системному анализу огромна. урожайность селекционный троичность

Для анализа результатов своей работы мы использовали системные обобщения В.А. Карпова [6], это же название имеет и его докторская диссертация [7]. В.А. Карпов принимает как базовый тезис категорию триадности. Триадность обнаруживается в барионном коде (три кварка), в химическом коде (три нуклеотидных основания) и других кодах. Такой подход обладает эвристической мощностью и алгоритмичностью [7]. В.А. Карпов на филологическом материале предсказательно и увлекательно обосновал системное многообразие и целостность языка, пользуясь категорией триадности и вытекающей из нее восьмимерности [6, 7]. Имеется обоснование, что триадность присуща всем системным объектам [8].

Методы исследования

В своей работе мы анализировали полученную урожайность и ее структуру у 33 сортов озимой пшеницы из мировой коллекции ВИРа, изучавшихся 13 лет в полевых условиях 1994-2007 гг., всего 429 урожайностей. Опыты закладывались по методике ВИР по изучению коллекционного материала [9].

Исследования проводились на опытном поле кафедры селекции и генетики БГСХА. Почвы опытного участка дерново-среднеподзолистые, развивающиеся на лессовидном суглинке, с глубиной пахотного горизонта 20-22 см. Содержание гумуса в почве составляет 1,4%. Подвижных форм фосфора 180 и калия 230 мг/кг почвы. Реакция почвенной среды рН - 5,8. Фон удобрений складывался из осеннего внесения N15P30K60 и весенней подкормки N50. В ходе вегетации средств защиты и ретардантов не применяли. В статье анализируются следующие элементы структуры урожайности: густота колосостоя (количество колосьев на 1 м 2); озерненность колоса; масса 1000 зерен, масса зерна с 1 м 2.

В качестве методов исследования применялись структурный анализ элементов продуктивности [9]; системный анализ результатов исследований [6, 7]; математические методы в биологии [4].

Основная часть

Конкретный системный анализ структуры урожайности состоит в следующем. Три качественных элемента урожайности - колосья с единицы площади, число зерен с колоса и масса 1000 зерен - количественно могут быть больше или меньше контроля. Три качественных элемента и два количественных состояния дают восемь сочетаний, или типов структуры урожайности (рис.).

Рис. Схема качественной троичности и количественной восьмимерности типов структуры урожайности.

Например, сочетание 1) "+ + +" означает, что число колосьев, число зерен в колосе и масса 1000 зерен конкретной структуры урожайности больше аналогичных показателей у контроля. Сочетание 2) "+ + -" включает, что число колосьев и число зерен в колосе больше, а масса 1000 зерен меньше, чем в контроле. В качестве контроля служит сорт-стандарт, или среднее значение анализируемого материала, или условно принятое значение каждого из трех элементов. В нашем случае за контроль взято среднее значение трех элементов из 429 урожайностей. Случаи, когда значение элемента какой-либо конкретной урожайности и контроля были равны, встречались крайне редко и они относились к плюсу (+).

Типы структуры урожайности выделялись следующим образом. В табл. 1 представлена часть цифр из 429 урожайностей. За контроль приняты средние значения элементов структуры урожайностей из 16 разных урожайностей.

Таблица 1. Структура урожайности и выделение ее типов по элементам структуры у озимой пшеницы за 1994-2007 гг. изучения.

Первые две урожайности (1 и 2 строка) превосходят контроль по всем трём элементам структуры урожайности, т.е. этот тип имеет три плюса (+ + +). Третья и четвертая строки имеют в структуре урожайности преимущество над контролем по числу колосьев и числу зерен в колосе, но уступают по массе 1000 зерен, этот тип структуры обозначается как "+ + -". Самая высокая урожайность получена при типе структуры "три плюса" (+ + +), минимальная - при "три минуса" (- - -).

Перемножая элементы структуры урожайности друг на друга мы получаем биологическую урожайность (%). Обычно она бывает выше фактической, в нашем случае это превышение составляет 6-10%. Табл. 1 приведена как пример определения типов структуры урожайности. В табл. 2 приведены обобщенные результаты 429 урожайностей.

Таблица 2. Типы структуры урожайности у 33 сортов озимой пшеницы в течение 13 лет.

*) - критерий Колмогорова-Смирнова, достоверно при л?1,35 [Плохинский]

Из табл. 2 следует, что в 429 урожайностях присутствуют все 8 типов структуры урожайностей, при этом минимальное число урожайностей приходится на 3 плюса и 3 минуса, соответственно 8,9 и 8,4%; максимальное число урожайностей составляют типы структуры "+ - +" и "- + -". Максимальная урожайность имеет тип структуры "+ + +", а минимальная - "- - -", в два раза ниже. Обращает на себя внимание, что один плюс для разных элементов структуры, а именно "+ - -", "- + -" и "- - +", т.е. число колосьев, число зерен в колосе и масса 1000 зерен, позволяют получить урожайность от максимума соответственно 73,2, 64,3 и 61,2%. Следовательно, густота стеблестоя при принятом способе выращивания имеет максимальный вклад в урожайность по сравнению с числом зерен в колосе и массой 1000 зерен. Другой способ выращивания может дать иной вклад в урожайность каждого элемента урожайности. Все типы структуры урожайности, кроме "+ + -", достоверно отличаются от контроля по величине урожайности.

Таблица 3. Распределение уровней продуктивности у разных типов структуры урожайности, 1994-2007 гг. изучения.

В табл. 3 представлен размах изменчивости урожайностей у всех 8 типов. Каждый тип структуры имеет значительный диапазон изменчивости (вертикальные столбцы), при этом имеется большая доля одинаковой урожайности для многих типов (горизонтальные строки). В классе 700-749 встречаются одинаковые урожайности во всех типах структур, кроме "три минуса". Это отражает свойство сортов к взаимокомпенсации элементов структуры урожайности.

Таблица 4. Типы структуры урожайности озимой пшеницы в разные годы, %%.

В табл. 4 представлена доля разных типов структуры урожайности в разные годы изучения. В каждой строке представлены 33 сорта в % по всем восьми типам структуры. В частности, в 1995 г. 60,6% урожайностей имели тип структуры "- + -", т.е. число колосьев и масса 1000 зерен были ниже, чем среднее значение этих элементов из 429 урожайностей. При этом отсутствовали три типа структуры урожайности, а выявились "+ - +", "+ - -" и "- - +". В 1998 г. тип структуры "- + -" составлял уже 66,7%, т.к. год был холодный и дождливый, тип "+ + +" отсутствовал.

В 1999 г. тип структуры три минуса "- - -" составил 39%, это был исключительно засушливый год, поэтому ни один сорт не имел трех плюсов. Самый высокоурожайный 1997 г. (706 г/м 2) имел самое большое число сортов с тремя плюсами - более 24%. Можно сделать общее заключение, что численное соотношение типов структуры очень изменчиво, и каждый год различно изменяет все три элемента структуры урожайности.

Аналогичную таблицу можно составить для сортов (табл. 5). Поскольку сортов много, то в таблице приведена выборка сортов с максимумом для каждого типа структуры.

Таблица 5. Типы структуры урожайности для отдельных сортов, 1994-2007 гг. изучения.

Каждый сорт изучался 13 лет. Сорт Капылянка 6 лет (46,2%) занимал тип структуры три плюса, т.е. "+ + +". Альбидум 114 столько же лет занимал тип структуры "+ + -". Сорт Ершовская 5 более половины изучаемых лет занимал тип "+ - +". Сорт Горки 2-4 года из 13 занимал тип структуры три минуса "- - -". Если каждый сорт за 13 лет получения урожайности представить как один результат, то 33 сорта распределятся по типам структуры в следующем виде (табл. 6).

Таблица 6. Типы структуры у озимой пшеницы (33 сорта, 13 лет получения урожайности).

Самое любопытное здесь то, что не встретилось ни одного сорта, который превосходил бы контроль (среднее значение из 429 урожайностей) только за счет густоты стеблестоя ("+ - -"), хотя по другим элементам структуры урожайности - числа зерен в колосе ("- + -") и массы 1000 зерен ("- - +") - такие сорта встречаются. В табл. 7 приведены обобщенные данные 429 урожайностей с учетом типа структуры урожайности.

Таблица 7. Элементы структуры урожайности у разных типов структуры, 1994-2007 гг. изучения.

Из результатов данных табл. 7 следует, что, чем больше плюсов по элементам структуры урожайности, тем выше урожайность. Однако вклад каждого элемента неравнозначен, так, по два плюса в типах "+ + -", "+ - +" и "- + +" дают урожайность соответственно 759, 706 и 597 г/м 2, а по одному плюсу в типах "+ - -", "- + -" и "- - +" дают урожайность 597, 524 и 499 г/м 2. Это связано с тем, что элементы структуры урожайности формируются последовательно в онтогенезе. Если один сорт образует больше колосоносных стеблей, то это означает, что этот сорт лучше использует условия среды в начале вегетации, чем стандарт. То же можно сказать про размер колоса и массу 1000 зерен - в момент их формирования растения лучше использовали условия среды, чем использует эти же условия стандарт.

Однако, помимо влияния среды, определенную роль играет взаимовлияние элементов: большая густота снижает размер колоса, а многозерный колос снижает массу 1000 зерен. Хотя отрицательные корреляции между элементами преобладают, но встречаются факты синергизма, когда увеличение одного элемента сопровождается увеличением и другого элемента структуры урожайности. Наличие типа структуры с тремя плюсами ("+ + +") подтверждает факт синергизма (положительного взаимовлияния) между элементами структуры урожайности. Однако такой результат является редким - в наших данных из 429 урожайностей типов с тремя плюсами ("+ + +") выявлено 38 случаев (8,9%). В задачу селекции и технологии как раз и входит поиск таких случаев, когда увеличение одного элемента сопровождается увеличением и другого элемента. В табл. 8 приведена структура урожайности и структура сортов с разными свойствами в разные годы.

Таблица 8. Структура урожайности в разные годы у сортов с разной продуктивностью и с разной зимостойкостью, 1994-2007 гг. изучения.

Различие в урожайности обусловлено в основном различием числа колосьев. Так, в более урожайные годы разница составляла по урожайности 20,0%, а разница по колосьям - 19,1%. Для других случаев обнаружена разница того же типа. Вклад числа зерен и массы 1000 зерен в прирост урожайности незначителен.

Может показаться, что высокая роль густоты стеблестоя в повышении урожайности обусловлена методикой выращивания коллекционного материала. Поэтому нами была проведена аналогичная оценка по типам структуры урожайности 159 семей сорта озимой пшеницы Мироновская 61, выращенных на делянках 10 м 2, выполненная (1989-1990 гг.) в Мироновском институте пшеницы им. В.Н. Ремесло. Результаты показали, что прирост урожайности идет преимущественно за счет густоты стеблестоя. Изменение продуктивности по типам структуры урожайности идет однотипно (табл. 9).

Таблица 9. Изменение относительной продуктивности (в %%) у разных типов структуры урожайности у 33 сортов и 159 семей одного сорта Мироновская 61.

Совпадение по снижению урожайности у разных типов структуры у озимой пшеницы по сортам и семьям одного сорта, выращенных в разных условиях и по разной методике, можно считать поразительным. Это может свидетельствовать как о закономерности выделения таких типов структуры, так и сходстве вклада элементов структуры в продуктивность ценоза.

Заключение

Проведенные исследования показали, что системные обобщения В.А. Карпова [6, 7] о триадности и восьмимерности на филологическом материале оказались пригодными при анализе урожайности озимой пшеницы. В структуре урожайности выявлена качественная троичность и количественная восьмимерность. Восемь типов (подсистем) урожайности у отдельных сортов в отдельные годы и во всей совокупности в целом отражают уровень приспособленности сортов к среде и уровень благоприятности среды, отраженный в величине урожайности. Тип (подсистема) структуры урожайности с тремя плюсами ("+ + +"), т.е. превосходящая контроль (стандарт) по числу колосьев с единицы площади, по числу зерен с колоса и по массе 1000 зерен может быть полной (высшей) мерой приспособленности сорта и оптимальности технологий. Тип структуры ("+ + +") рекомендуется использовать как элемент алгоритма для оценки селекционного материала.

Литература

1. Уёмов, А.И. Системный подход и общая теория систем / А.И. Уемов. М.: Мысль, 1978. 272 с.

2. Урманцев, Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии / Ю.А. Урманцев. М., 1974. 268с.

3. Берталанфи, Л. Общая теория систем - обзор проблем и результатов / Л. Берталанфи // Системные исследования: сб. статей. М., 1969. С. 169-234.

4. Плохинский, Н.А. Математические методы в биологии / Н.А. Плохинский. М.: МГУ, 1978. 265 с.

5. Гегель, Г. Наука логики / Г. Гегель. М., 1971. 446 с.

6. Карпов, В.А. Язык как система / В.А. Карпов. Минск: Выш. шк., 1991. 302 с.

7. Карпов, В.А. Язык как система: автореф. дис. … д-ра наук: 10.02.03 / В.А. Карпов; Белорус. гос. ун-т. Минск, 1992. 44 с.

8. Кубарев, П.И. Принципы триадности в философии и биологии / П.И. Кубарев // XXI Международные чтения: Великие преобразователи естествознания. И.В. Курчатов: материалы, тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 27-28 ноября 2008 г. / Белорус. гос. ун-т; Минск, 2008. С. 87-88.

9. Изучение мировой коллекции пшеницы: метод. указания / Всесоюз. НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР); сост.: О.Д. Градчанинова, А.А. Филатенко, М.И. Руденко; под ред. В.Ф. Дорофеева. Л., 1985. 26 с.

Размещено на Allbest.ru