Агробіологічні основи підвищення продуктивності зернових і зернобобових культур в умовах Степу України

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.09 «Рослинництво». – Миколаївський національний аграрний університет; Інституту зрошуваного землеробства Національної академії аграрних наук України, Херсон, 2020. У дисертаційній роботі висвітлено результати досліджень з розробки, удосконалення та агробіологіного обґрунтування технологій вирощування зернових і зернобобових культур у зоні Степу України для вибору сортів і гібридів з максимальним потенціалом продуктивності та якості, вивчення їх реакції на агротехнічні заходи. За результатами проведених досліджень встановлено, що в роки проведення досліджень максимальна зернова продуктивність відзначено за сприятливих умов 2009 року у сортів Достойний (6,21 т/га) та Зимовий (6,44 т/га). В середньому за роки проведення досліджень як у варіанті без захисту рослин, так і з його проведенням максимальну врожайність сформував сорт Достойний – 4,50-5,13 т/га. Найгірші результати одержано на дослідних ділянках без захисту рослин за вирощування сортів Тамань і Абориген – 3,92- 3,94 т/га. Доведена перевага застосування захисту рослин з підвищенням врожайності зерна ячменю озимого в середньому з 4,12 до 4,65 т/га або на 12,9%. Статистичним аналізом доведено, що показники стресостійкості були мінімальними (–0,35) у сорту Метелиця. В дослідах з оптимізації строку сівби і норми висіву ячменю озимого встановлено, що найвищу врожайність зерна на рівні 3,81-4,12 т/га сортдворучка Достойний формував за першого (1 жовтня) строку сівби. За третього строку на цього сорті врожайність була на 0,58-1,00 т/га нижчою. Оптимальна норма висіву для сорту Зимовий у всі строки сівби була 5 млн. схожих насінин на гектар. Запізнення зі сівбою сорту Достойний призводило до зниження вмісту білка в зерні. Найвищий його вміст в зерні сформовано за першого (11,4%) і другого (11,6%) строків сівби за норми висіву 4 млн шт./га. На сорті Зимовий такої закономірності не спостерігалось. Аналіз урожайних даних свідчить про те, що досліджуваний сорт пшениці озимої Херсонська безоста змінює свою продуктивність залежно від захисту рослин та норм висіву. Найвища врожайність зерна в досліді на рівні 6,52 т/га одержана у варіанті із захистом рослин та при нормі висіву 5 млн/га. Норми висіву вплинули на продуктивність рослин по різному. Так, у варіанті без захисту найвищій врожай (5,61 т/га) був за норми висіву 6 млн/га, а із захистом рослин – 5 млн/га (6,52 т/га). Захист рослин позитивно вплинув на показники вмісту білка в зерні пшениці. В польових дослідах з сортами сої встановлено, що інокуляція насіння біопрепаратами INTЕX РЕАТ та Оптімайз істотно впливає на кількість та масу бульбочок у сортів сої Аполлон та Валюта. Визначено, що зміна кількості бульбочок на кореневій системі залежала від впливу застосованих інокулянтів та умов вегетації, точніше від умов зволоження, також змінювалася і їх маса на одній рослині. Вивчення впливу застосування інокулянтів INTЕX РЕАТ та Оптімайз на врожайність насіння сої дозволило встановити перевагу вирощування сорту Валюта. Найбільший приріст урожайності зерна був одержаний за обробки посівного матеріалу інокулянтом Оптімайз на двох досліджуваних сортах. У дослідах з оптимізації ширини міжрядь різних за генетичним потенціалом сортів сої в умовах Північного Степу встановлено, що максимальна урожайність 2,18-2,53 т/га отримана на ділянках з широкорядним способом сівби з міжряддям 70 см. Слід відмітити, що звуження міжрядь при вирощуванні досліджуваних сортів до 45 см призводило до різкого зниження урожайності. Подальше звуження міжрядь до 22,5 см забезпечувало більшу врожайність, ніж за ширини міжрядь 45 см, як у сорту Хаджибей, так і в середньостиглого сорту Подільська 1. У досліді з встановлення рівнів продуктивності сої залежно від способу сівби та догляду за посівами доведено, що середньому за 2009-2011 рр. найвища врожайність насіння 2,53 т/га за сівби з міжряддями 45 см та (2,43 т/га) одержана за сівби з міжряддями 22 см при проведенні 2 до-, 1 проміжного та 2 післясходових боронувань, що більше на 0,20-0,21 т/га порівняно з ділянками контрольного варіанту, де вносили гербіцид. Вирощування різних сортів гороху дозолило визначити, що показники структури врожаю залежно від схем захисту рослин змінюються в різному ступеню. Так, довжина бобів характеризувалась слабким зростанням до 6,3 см у варіанті з сортом Девіз за хімічного та інтегрованого захисту. Кількість бобів на одній рослині та кількість зерен в бобі також слабко змінювалась і відображала вищезгадані тенденції. Маса 1000 зерен в середньому по сортовому складу була найбільшою у сорту Девіз – 3,9 г. По сорту Отаман даний показник продуктивності гороху склав 3,3 г, тобто був на 18,9% менше. В досліді із зерновим сорго визначено, що змінення біологічної активності і поживного режиму ґрунту у процесі розкладання соломи під впливом мікробних препаратів за різних прийомів обробітку ґрунту істотно впливає на рівень врожайності культури. На фоні застосування оранки найвищу врожайність було отримано при застосуванні препарату Органікбаланс – 5,01 т/га і Екостерн – 4,63 т/га. Обробка соломи препаратами Біонорм, Деструктор целюлози і Біодеструктор стерні проявляється зниженням врожайності на 21,3-26,5%. Для планування режимів зрошення зернових і зернобобових культур та інших елементів технологій вирощування слід враховувати поточні погодні умови, зокрема кількість опадів, а також температуру та вологість повітря. Доведено, що за роки досліджень сумарне водоспоживання пшениці озимої в двометровому шарі ґрунту за весняно-літній період вегетації у варіантах з призначенням поливів по вологості ґрунту майже не коригувалося з нормою зрошення й склало 3748 та 3648 м3/га, відповідно. Сумарне водоспоживання кукурудзи залежало від умов вологозабезпеченості рослин. Визначена пряма залежність водоспоживання від величини зрошувальної норми.Аналіз споживання вологи рослинами сої, озимої пшениці та кукурудзи із різних шарів ґрунту та процесів гравітаційних втрат її за межі зони аерації показав, що в середньому по сівозміні при водозберігаючому та ґрунтозахисному режимах зрошення 77% вологи використовується з метрового шару ґрунту. Незначна її кількість (9%) витрачається з глибини 150-200 см. При оптимальному зрошенні з метрового шару ґрунту за рахунок легкодоступної вологи її використання зменшується і становить 73%. Встановлення динаміки рівнів урожайності свідчить про те, що різна ступінь забезпеченості рослин вологою впродовж вегетаційного періоду суттєво вплинуло на продуктивність пшениці озимої сорту Овідій. Створення відповідних до визначених у схемі умов зволоження ґрунту поливами забезпечило отримання врожаю зерна пшениці озимої, у середньому, в межах 4,7-5,3 т/га. Застосування біологічно-оптимального режиму зрошення та внесення добрив згідно розрахунковій дози N141 забезпечило максимальний врожай 7,22 т/га. Збільшення норми висіву з 3 до 6 млн схожих зерен на гектар підвищило врожай на 0,55 т/га. Встановлено, що у варіанті з біологічно оптимальним режимом зрошення врожайність насіння сої, у середньому, становила 4,28 т/га, різниця між першим та другим і третім варіантами склала відповідно 9,7 і 3,4%. У варіанті без добрив цей показник, у середньому, склав 3,3 т/га, а їх внесення забезпечило суттєве (на 34,2-39,1%) підвищення продуктивності рослин. При цьому різниця між удобреними варіантами була незначною і склала лише 0,16 т/га або 4,9%. При вирощуванні зерна кукурудзи найбільшу врожайність 12,4 т/га отримали за біологічно-оптимального режиму зрошення з розрахунковою нормою добрив (N153) та густоті стояння 80 тис. рослин на гектарі. Застосування добрив забезпечило сталий приріст врожайності порівняно з неудобреним контролем, в середньому, на 55-68%. Загущення посівів від 40 до 60 і 80 тис./га, в середньому, сприяло зростанню врожайності зерна на 7,7-13,2%. За гібридним складом відзначено суттєве зростання врожайності зерна на 63,9-80,2% у гібридів Азові і Каховський. З врахуванням біологічних властивостей зернових і зернобобових культур зрошуваної сівозміни та строків їх сівби, в програмах AquaCrop та CROPWAT були змодельовані основні показники продукційного процесу рослин. Для років проведення досліджень за умовними періодами розвитку були встановлені показники глибини проникнення кореневої системи, висота рослин, розраховані коефіцієнти водного режиму тощо. Економічним аналізом доведено, що за неполивних умов максимальний умовний чистий прибуток при використанні оптимізованих технологій вирощування формують соя – 7,5 тис. грн, пшениця озима – 6,8 тис. грн/га. Найменші показники виявлено за існуючої технології вирощування гороху та ячменю ярого – 2,4-2,5 тис. грн/га. Коефіцієнт енергетичної ефективності підвищується у неполивних умовах степової зони при вирощуванні сої – 2,55 та ячменю озимого – 2,48 даний показник зменшився в 1,9-2,0 рази за вирощування гороху за існуючою технологією. Штучне зволоження сприяло істотному зростанню даного енергетичного показника. Максимальна величина коефіцієнта енергетичної ефективності відзначена за вирощуванні на поливних землях сої – 3,24 та кукурудзи на зерно – 3,15.

Dissertation for the degree of Doctor of Agricultural Sciences in specialty 06.01.09 «Plant Growing». - Institute of Irrigated Agriculture NAAS; Kherson State Agrarian-Economist University, Kherson, 2021. The dissertation covers the results of research on the development, improvement and agrobiological substantiation of technologies for growing cereals and legumes in the steppe zone of Ukraine for the selection of varieties and hybrids with maximum potential for productivity and quality, studying their response to agronomic measures. According to the results of the research, it was established that in the years of research the maximum grain productivity was observed under favorable conditions in 2009 in the varieties Dostoyniy (6.21 t/ha) and Zimoviy (6.44 t/ha). On average, over the years of research, both in the version without plant protection and with its implementation, the maximum yield was formed by the variety Dostoyny - 4.50-5.13 t/ha. The worst results were obtained in experimental plots without plant protection for growing varieties Taman and Aboriginal - 3.92-3.94 t/ha. The advantage of application of plant protection with increase in grain yields of winter barley on average from 4.12 to 4.65 t/ha or by 12.9% is proved. Statistical analysis proved that the stress resistance was minimal (-0.35) in the Metelitsa variety. In experiments on optimizing the sowing period and sowing rate of winter barley, it was found that the highest grain yield at the level of 3.81-4.12 t/ha of the two-handed variety Dostoyny formed during the first (October 1) sowing period. In the third period, the yield of this variety was 0.58-1.00 t/ha lowers. The optimal sowing rate for the Zimoviy variety at all sowing dates was 5 million similar seeds per hectare. Delay in sowing the variety Dostoyny led to a decrease in protein content in the grain. Its highest content in grain was formed during the first (11.4%) and second (11.6%) sowing periods at sowing rates of 4 million units/ha. No such pattern was observed in the Zimoviy variety. Analysis of yield data shows that the studied variety of winter wheat Kherson bezost changes its productivity depending on plant protection and seeding rates. The highest grain yield in the experiment at the level of 6.52 t/ha was obtained in the variant with plant protection and at a sowing rate of 5 million/ha. Seeding rates affected plant productivity in different ways. Thus, in the variant without protection, the highest yield (5.61 t/ha) was at the sowing rate of 6 million/ha, and with plant protection - 5 million/ha (6.52 t/ha). Plant protection had a positive effect on the protein content of wheat grain. In field experiments with soybean varieties, it was found that inoculation of seeds with biological products INTEX REAT and Optimize significantly affects the number and weight of tubers in soybean varieties Apollo and Currency. It was determined that the change in the number of tubers on the root system depended on the influence of the applied inoculants and vegetation conditions, more precisely on the moisture conditions, and their mass on one plant also changed. The study of the influence of the use of inoculants INTEX REAT and Optimize on the yield of soybean seeds allowed establishing the advantage of growing the variety Currency. The largest increase in grain yield was obtained by treatment of seed with inoculant Optimize on the two studied varieties. In experiments on optimization of row spacing of soybean varieties of different genetic potential in the Northern Steppe, it was found that the maximum yield of 2.18-2.53 t/ha was obtained in areas with a wide-row method of sowing with a row spacing of 70 cm. row spacing when growing the studied varieties up to 45 cm led to a sharp decrease in yield. Further narrowing of row spacing to 22.5 cm provided higher yields than for 45 cm row spacing, both in the Hadzhibey variety and in the medium-ripe Podilska 1 variety. In the experiment to establish the levels of soybean productivity depending on the method of sowing and crop care, it was proved that on average in 2009-2011 the highest seed yield was 2.53 t/ha for sowing with 45 cm row spacing and (2.43 t/ha) was obtained. For sowing with row spacing, 22 cm were obtained during 2 pre- 1 intermediate and 2 post-emergence harrows, which is 0.20-0.21 t/ha more than in the control version, where the herbicide was applied. Growing different varieties of peas for allowed determining that the indicators of the structure of the crop depending on the schemes of plant protection vary to varying degrees. Thus, the length of the beans was characterized by a slight increase to 6.3 cm in the variant with the motto variety with chemical and integrated protection. The number of beans per plant and the number of grains in the bean also varied slightly and reflected the above trends. The weight of 1000 grains on average in varietal composition was the largest in the variety Motto - 3.9 g. In the variety Otaman, this indicator of pea productivity was 3.3 g, ie was 18.9% less. In the experiment with grain sorghum it was determined that the change of biological activity and nutrient regime of the soil in the process of decomposition of straw under the influence of microbial preparations by different methods of tillage significantly affects the level of crop yield. Against the background of plowing, the highest yield was obtained when using the drug Organic-balance - 5.01 and Ecostern - 4.63 t/ha. Treatment of straw with Bionorm, Cellulose Destructor and Stubble Biodestructor is manifested by a decrease in yield by 21.3- 26.5%. Current weather conditions, including rainfall, as well as temperature and humidity, should be taken into account when planning irrigation regimes for cereals and legumes and other elements of cultivation technologies. It is proved that over the years of research the total water consumption of winter wheat in a two-meter layer of soil during the spring-summer growing season in the variants with irrigation for soil moisture was almost not adjusted to the irrigation rate and amounted to 3748 and 3648 m3/ha, respectively. The total water consumption of corn depended on the moisture conditions of plants. The direct dependence of water consumption on the value of the irrigation rate is determined. Analysis of moisture consumption by plants of soybeans, winter wheat and corn from different soil layers and its gravitational losses outside the aeration zone showed that on average crop rotation in water-saving and soil-protective irrigation regimes 77% of moisture is used from a meter layer of soil. A small amount (9%) is consumed from a depth of 150-200 cm. With optimal irrigation from a meter layer of soil due to easily accessible moisture, its use is reduced and is 73%. Of the yield data shows that the different degree of moisture supply of plants during the growing season significantly affected the productivity of winter wheat Ovid. The creation of watering conditions corresponding to the conditions of soil moistening defined in the scheme ensured the yield of winter wheat grain, on average, in the range of 4.7-5.3 t/ha. The application of biologically optimal irrigation regime and fertilizer application according to the estimated dose N141 provided a maximum yield of 7.22 t/ha. Increasing the sowing rate from 3 to 6 million similar grains per hectare increased the yield by 0.55 t/ha. It was found that in the variant with a biologically optimal irrigation regime, the yield of soybean seeds, on average, was 4.28 t/ha, the difference between the first and second and third variants was 9.7 and 3.4%, respectively. In the variant without fertilizers, this indicator averaged 3.3 t/ha, and their application provided a significant (by 34.2-39.1%) increase in plant productivity. The difference between the fertilized variants was insignificant and amounted to only 0.16 t/ha or 4.9%. When growing corn grain, the highest yield of 12.4 t/ha was obtained under the biologically optimal irrigation regime with the calculated rate of fertilizers (N153) and the density of 80 thousand plants per hectare. The use of fertilizers provided a steady increase in yield compared to unfertilized control, on average, by 55-68%. Thickening of crops from 40 to 60 and 80 thousand/ha, on average, contributed to the growth of grain yield by 7.7-13.2%. In terms of hybrid composition, a significant increase in grain yield by 63.9-80.2% was observed in the Azov and Kakhovsky hybrids. Taking into account the biological properties of cereals and legumes of irrigated crop rotation and the timing of their sowing, the AquaCrop and CROPWAT programs modeled the main indicators of the production process of plants. For the years of research on conditional periods of development, indicators of the depth of penetration of the root system, plant height, calculated coefficients of water regime, etc. were established. Economic analysis has shown that under non-irrigated conditions, the maximum conditional net profit when using optimized cultivation technologies is formed by soybeans - 7.5 thousand UAH, winter wheat - 6.8 thousand UAH/ha. The lowest indicators were found for the existing technology of growing peas and spring barley - 2.4-2.5 thousand UAH/ha. The coefficient of energy efficiency increases in non-irrigated conditions of the steppe zone when growing soybeans - 2.55 and winter barley - 2.48, this figure decreased by 1.9-2.0 times for growing peas using the existing technology. Artificial hydration has contributed to a significant increase in this energy indicator. The maximum value of the energy efficiency coefficient was observed for growing soybeans on irrigated lands - 3.24 and corn for grain - 3.15.