Удосконалення технологічних заходів вирощування сортів ячменю озимого в умовах Південного Степу України

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 201 Агрономія (20 Аграрні науки та продовольство). Миколаївський національний аграрний університет, Миколаїв, 2024. Ячмінь звичайний (лат. Hordeum vulgare) одна з провідних культур південного регіону країни. Вирощування ячменю є однією з найдавніших і найпоширеніших галузей сільського господарства, особливо в регіонах з помірним кліматом, включаючи території Євразії. Ячмінь, завдяки своїй стійкості до різних кліматичних умов і короткому вегетаційному періоду, став однією з перших культур, яку почали вирощувати люди. Ячмінь є надзвичайно важливою зерновою культурою завдяки своєму збалансованому складу, що робить його цінним як для харчового, так і для фуражного використання. Зерно ячменю багате на білки та містить широкий спектр амінокислот, що робить його поживним продуктом для тварин і людей. Україна є однією з провідних країн у вирощуванні ячменю, завдяки сприятливим кліматичним і ґрунтовим умовам. Ячмінь в Україні вирощують в двох основних формах – ярий та озимий, кожен з яких має свої особливості щодо врожайності та умов вирощування. За останні роки в Україні та за її межами селекційні інститути та наукові установи активно працюють над створенням нових сортів ячменю, які мають високий потенціал урожайності та стійкість до несприятливих умов. Завдяки цьому, сучасні сорти ячменю володіють покращеними характеристиками, що сприяє підвищенню їхньої продуктивності та адаптації до різних кліматичних і агротехнічних умов. Вирощування ячменю озимого в умовах змін клімату та з урахуванням особливостей нових сортів вимагає адаптації технологічних заходів для досягнення максимального врожаю. Це дозволить максимально реалізувати потенціал нових сортів ячменю, які реагують по-різному на зміни клімату в умовах вирощування. Отже, для нових, виведених сортів ячменю озимого необхідно забезпечити оптимальне живлення. Живлення рослин є одним із ключових факторів, який значно впливає на наростання надземної біомаси, включаючи продуктивність та якість зерна, що є головною метою вирощування зернових культур. Цей вплив особливо помітний у процесі вирощування багатьох сільськогосподарських культур у різних агрокліматичних зонах. Правильне живлення рослин дозволяє максимально використовувати їх генетичний потенціал, забезпечити кращий ріст і розвиток усіх сільськогосподарських культур. Ячмінь озимий добре реагує на азотні добрива, проте надмірне азотне живлення може призвести до вилягання рослин і недобору врожаю і тому слід знаходити баланс. Альтернативою азотним добривам може слугували підживлення рослин ячменю озимого біопрепаратами. Вони в своєму складі містять найбільш важливі мікроелементи та вітаміни для рослин, які сприяють підвищенню рівня врожайності та покращенню якості продукції. Дисертація присвячена дослідженню формування продуктивності зерна ячменю озимого залежно від реакції сорту на застосування сучасних біопрепаратів, як фактора підвищення врожайності, покращення основних показників якості зерна та ефективного використання вологи в умовах Південного Степу України. Досліджено особливості росту й розвитку рослин ячменю озимого залежно від сорту та ресурсоощадної оптимізації живлення. Встановлено динаміку наростання надземної біомаси рослин, площі листкової поверхні, інтенсивності процесу фотосинтезу в основні фази вегетації рослин. Визначено водоспоживання у розрізі сортів ячменю озимого та умов років вирощування, урожайність зерна і його якість залежно від взятих на вивчення факторів. Визначено економічну та енергетичну ефективність застосування біопрепаратів у технології вирощування зерна ячменю озимого в умовах Південного Степу України. Польові дослідження були проведені в умовах Південного Степу України у період 2016-2019 рр. з чотирма сортами ячменю озимого: Достойний (st), Валькірія, МІПОскар і МІПЯсон. Взяті на вивчення сорти висівали в оптимальні для даної кліматичної зони терміни. Дослідження проводили в Навчально-науково-практичному центрі Миколаївського НАУ, на чорноземі південному, що має середню забезпеченість рухомими елементами живлення, вміст гумусу в шарі ґрунту 0-30 см складає 2,9-3,2%, рН-6,8-7,2. Попередником ячменю озимого був горох. Нашими дослідженнями встановлено, що підживлення біопрепаратами збільшувало біомасу і висоту рослин, кількість продуктивних стебел, впливло на врожайність зерна ячменю озимого. При підживленні рослин ячменю озимого найбільших значень висоти у фазу повної стиглості вирізнявся сорт Ясон, який під впливом біопрепарату Азотофіт у фази весняного кущіння та виходу рослин у трубку сформував у середньому за роки досліджень –118,6 см. А найменшими показниками висоти рослин ячменю озимого вирізнився сорт Достойний (st) –103,4 см. Щодо підживлень, то застосування біопрепарату Азотофіт у фази весняного кущіння та виходу рослин у трубку визначено найбільш ефективним по всім досліджуваним сортам. Меншою ефективністю вирізнялись біопрепарати Мікофренд і Меланоріз. Крім довжини рослин у висоту важливе значення посідає площа листкової поверхні. Так, у фазу кущіння на посівах ячменю озимого оброблених водою, найбільшу площу листкової поверхні сформували сорти Достойний (st) і Валькірія. А меншою площею листкової поверхні у цю ж фазу вирізнялись сорти Оскар (6,69 тис. м2/га) і Ясон (6,45 тис. м2/га). Динаміка змін площі листкової поверхні простежувалась при підживленні біопрепаратами. Найкраще це проявлялось при підживленні біопрепаратом Азотофіт у фази весняного кущіння та виходу рослин у трубку на всіх досліджуваних сортах. Ці зміни були помітні і за кореляційно-регресійною залежністю між площею листкової поверхні рослин ячменю озимого і врожайністю зерна. Також істотний вплив від застосування біопрепаратів спостерігали при наростанні сирої біомаси рослин ячменю озимого усіх досліджуваних сортів. Найбільших значень її було досягнуто у фазу колосіння за підживлення біопрепаратом Азотофіт у фази весняного кущіння та виходу рослин у трубку. У сортів Достойний (st) і Валькірія вони були майже на однакових рівнях – 4312 г/м2 і 4311 г/м2. У інших досліджуваних сортів наростання сирої біомаси при підживленні біопрепаратом Азтофіт відбувалось меншою мірою. А при підживлені біопрепаратами Мікофренд і Меланоріз ці показники були найнижчими. З аналогічною залежністю змінювалась і суха біомаса рослин ячменю озимого. Встановлено, що за вирощування ячменю озимого у роки досліджень (2016-2019 рр.) запаси вологи істотно різнились. В балансі сумарного водоспоживання ячменю озимого, частка грунтової вологи у середньому за три роки вирощування склала 13,5%. Більше всього коефіцієнт водоспоживання зменшувався за проведення підживлення ячменю озимого біопрепаратом Азотофіт - на рівні 780,6-742,4 м3/т. Більшу кількість вологи від загального водоспоживання рослини використовували за рахунок опадів вегетаційного періоду. За даними проведеними нами дослідженнями, встановлено, що підживлення біопрепаратами позитивно позначилось на рівнях урожайності зерна ячменю озимого. Найбільшу впливовість від застосування біопрепаратів на посівах ячменю озимого отримали за обробки рослин двічі - у фази кущіння та на початку виходу рослин у трубку біопрепаратом Азотофіт, який забезпечив урожайність у середньому за три роки досліджень по всіх чотирьох сортах на рівні 4,80-5,31 т/га. Меншою мірою у впливі на величину врожаю зерна ячменю озимого за ефективністю вирізнялися біопрепарати Мікофренд і Меланоріз. При цьому кількість продуктивних стебел при підживленні рослин досліджуваними біопрепаратами також зростала. Найбільше продуктивних стебел в середньому за роки досліджень сформували сорти ячменю озимого Достойний (st) і Валькірія при підживленні біопрепаратом Азотофіт двічі за вегетацію –450-408 шт. А найменший продуктивний стеблостій було сформовано рослинами ячменю озимого за підживлення біопрепаратами Мікофренд і Меланоріз у фази весняного кущіння та виходу рослин у трубку. З аналогічною залежністю усі біопрепарати, які використовували для проведення позакореневих підживлень, позитивно впливали на збільшення вмісту білка в зерні сортів ячменю озимого. Максимальних значень щодо вмісту білка було отримано від застосування біопрепарату Азотофіт на рівні –10,48% у зерні сорту Ясон, а мінімальних значень – за підживлення біопрепаратами Мікофренд і Меланоріз –9,89-10,09% в зерні сортів Валькірія і Оскар. Відносно значним приріст білку у середньому від підживлень по всіх препаратах в порівнянні з контрольним варіантом був визначений у 2019 р. у сортів Ясон і Оскар збільшення склало– 0,35% та 0,31% відповідно. Згідно результатів наших досліджень, з аналогічною залежністю у роки досліджень змінювався один з важливих показників якості та структури врожаю ячменю озимого – маса 1000 зерен. Він зріс за рахунок проведення позакореневих підживлень біопрепаратами й більшою мірою за дворазової обробки посіву рослин ячменю озимого. А ось особливості сорту вплинули на масу 1000 зерен менш суттєво, у контрольному варіанті, де рослини обробляли водою, маса 1000 зерен ячменю озимого по сортах склала відповідно 43,4 г сорту Достойний (st); 42,1 г сорту Валькірія; 43,0 г сорту Оскар і 43,3 г сорту Ясон. Тобто, більшою величиною маси 1000 зерен відзначається сорт ячменю озимого Достойний (st), а меншою сорт Оскар. У ринковій економіці одним з основних показників економічної ефективності технологічних процесів є отримання умовно чистого прибутку. та рівня рентабельності. Визначені дані умовно чистого прибутку свідчать про те, що найменшим (10,0 тис. грн/га) він виявився при вирощуванні сорту ячменю озимого Ясон за підживлення біопрепаратом Меланоріз одноразово у фазу кущіння. Підживлення біопрепаратом Азотофіт забезпечило зростання цього показника до 21,5% у сорту Валькірія за дворазової обробки посівів. При цьому, рівень рентабельності елементів технології вирощування зерна ячменю озимого залежно від сортового складу та біопрепаратів коливався в межах від 105,4% у варіанті з сортом Ясон за одноразової обробки посіву біопрепаратом Азотофіт, а у сорту Валькірія у цьому ж варіанті він зріс до 177,1%. Різниця між цими однаковими варіантами підживлення Азотофітом у фазу весняного кущіння склала 68,0 відносних відсотків. Нашими дослідженнями встановлено, що енергетичні витрати на вирощування зерна ячменю озимого залежно від сортового складу та біопрепаратів різнилась. За вирощування сортів ячменю озимого Валькірія та Оскар у варіанті з обробкою посівів біопрепаратом Азотофіт, енергетичні витрати перевищили 25 ГДж/га. При цьому, прирости енергії у середньому за роки вирощування у сортів ячменю озимого Валькірія і Оскар склали 26,0-27,1 ГДж/га. У сортів ячменю озимого Достойний (st) і Ясон цей показник був істотно меншим від 17,0 до 23,2%. Таким чином, за вирощування ячменю озимого в зоні Південного Степу України доцільно використовувати сорти Валькірія і Оскар, для оптимізації живлення яких використовувати проведення позакореневих підживлень біопрепаратом Азотофіт двічі за вегетацію – у період весняного кущіння та виходу рослин у трубку. Обґрунтовані нами підходи до удосконалення живлення сортів ячменю озимого біопрепаратами за вирощування культури після гороху є економічно вигідними та екологічно доцільним. Використання біопрепаратів у системах живлення ячменю озимого дозволяє знизити витрати на хімічні добрива або повністю відмовитись від їх застовування, отримуючи при цьому високий рівень урожайності та якості зерна.

Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in specialty 201 Agronomy (20 Agricultural sciences and food). Mykolaiv National Agrarian University, Mykolaiv, 2025. Common barley (lat. Hordeum vulgare) is one of the leading crops of the southern region of the country. Barley cultivation is one of the oldest and most widespread branches of agriculture, especially in regions with a temperate climate, including the territories of Eurasia. Barley, thanks to its resistance to different climatic conditions and a short growing season, became one of the first crops that people began to grow. Barley is an extremely important cereal crop due to its balanced composition, which makes it valuable for both food and forage use. Barley grain is rich in proteins and contains a wide range of amino acids, making it a nutritious product for animals and humans. Ukraine is one of the leading countries in the cultivation of barley, thanks to favorable climatic and soil conditions. Barley in Ukraine is grown in two main forms - spring and winter, each of which has its own characteristics in terms of yield and growing conditions. In recent years, breeding institutes and scientific institutions in Ukraine and abroad have been actively working on the creation of new varieties of barley that have high yield potential and resistance to adverse conditions. Thanks to this, modern varieties of barley have improved characteristics, which contributes to increasing their productivity and adaptation to various climatic and agrotechnical conditions. Growing winter barley in conditions of climate change and taking into account the characteristics of new varieties requires the adaptation of technological measures to achieve the maximum yield. This will make it possible to fully realize the potential of new varieties of barley that react differently to climate changes in growing conditions. Therefore, it is necessary to provide optimal nutrition for new, bred varieties of winter barley. Plant nutrition is one of the key factors that significantly affects aboveground biomass growth, including grain yield and quality, which is the main goal of cereal crop production. This influence is especially noticeable in the process of growing many agricultural crops in different agro-climatic zones. Proper nutrition of plants makes it possible to use their genetic potential to the maximum, to ensure better growth and development of all agricultural crops. Winter barley responds well to nitrogen fertilizers, but excessive nitrogen nutrition can lead to plant dormancy and insufficient harvest, so a balance should be found. Fertilizing winter barley plants with biological preparations can serve as an alternative to nitrogen fertilizers. They contain the most important trace elements and vitamins for plants, which help to increase the level of productivity and improve the quality of products. The dissertation is dedicated to the study of the formation of winter barley grain productivity depending on the reaction of the variety to the use of modern biological preparations, as a factor of increasing yield, improving the main indicators of grain quality and effective use of moisture in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine. The peculiarities of the growth and development of winter barley plants depending on the variety and resource-saving optimization of nutrition were studied. The dynamics of the growth of above-ground plant biomass, leaf surface area, and the intensity of the photosynthesis process in the main phases of plant vegetation have been established. Water consumption was determined in terms of winter barley varieties and conditions of growing years, grain yield and its quality depending on the studied factors. The economic and energy efficiency of the use of biological preparations in the technology of growing winter barley grain in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine was determined. Field research was conducted in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine in the period 2016-2019 with four varieties of winter barley: Dostoiny (st), Valkyria, MIPOscar and MIPYAson. The varieties taken for study were sown in optimal terms for this climatic zone. The research was carried out at the Educational-Scientific-Practical Center of the Mykolaiv NAU, on southern chernozem, which has an average supply of mobile nutrients, the content of humus in the soil layer 0-30 cm is 2.9-3.2%, pH-6.8-7 ,2. The predecessor of winter barley was peas. Our research established that the use of biological preparations increased the biomass of plants, the number of productive stems affected the yield and height of winter barley plants. When fertilizing winter barley plants, the highest height values in the phase of full ripeness were distinguished by the Yason variety, which under the influence of the biopreparation Azotophyt in the phase of spring tillering and emergence of plants into the tube formed an average of -118.6 cm over the years of research. And the lowest height indicators of winter barley plants stood out variety Dostoiny (st) – 103.4 cm. As for top dressing, the use of biological preparation Azotophyt in the phase of spring tillering and emergence of plants in the tube was determined to be effective for all studied varieties. Biological preparations Mycofriend and Melanoriz were less effective. In addition to the length of plants in height, the area of the leaf surface is important. Thus, in the tillering phase on untreated winter barley crops, the Dostoiny (st) and Valkyria varieties formed the largest leaf surface area. And the smallest leaf surface area in the same phase was distinguished by the varieties Oscar (6.69 thousand m2/ha) and Yason (6.45 thousand m2/ha). The dynamics of changes in the area of the leaf surface were traced when feeding with biological preparations. And this was most noticeable when feeding with biological preparation Azotoft in the phase of spring tillering and emergence of plants in the tube on all studied varieties. These changes were also visible on the correlation-regression dependence between the leaf surface area of winter barley and yield. Also, a noticeable effect from the use of biological preparations was observed in the growth of raw biomass of winter barley plants of all studied varieties. The most rapid values were reached in the earing phase when feeding with biological preparation Azotophyt in the phase of spring bushing and emergence of plants in the tube of Dostoinyi (st) and Valkyria varieties, they were almost at the same levels - 4312 g/m2 and 4311 g/m2. In other researched varieties, the growth of raw biomass when fed with biological preparation Aztophyt was observed less. And when fed with biological preparations Mikofrend and Melanoriz, these indicators were the lowest. The dry biomass of winter barley plants also changed with a similar dependence. It was established that during the cultivation of winter barley in the years of research (2016-2019), moisture reserves differed significantly. In the balance of the total water consumption of winter barley, the share of soil moisture on average over three years of cultivation is 13.5%. Most of all, the coefficient of water consumption decreased due to feeding of winter barley with Azotophyt biological preparations - at the level of 780.6-742.4 m3/t. This is explained by the fact that the rest of the moisture from the total water consumption of the plant was used due to precipitation during the growing season. According to the data of our research, it was established that feeding with biopreparations had a positive effect on the yield levels of winter barley grain. The greatest effectiveness from the use of biological preparations on winter barley crops was obtained by treating the plants twice - in the tillering phase and at the beginning of the emergence of the plants into the tube with the biological preparation Azotophyt, which provided an average yield over three years of research for all four varieties at the level of 4.80-5.31 t/ha. To a lesser extent, biological preparations Mycofriend and Melanoriz stood out in terms of their effectiveness in influencing the size of the grain yield of winter barley. At the same time, the number of productive stems also increased when plants were fed with the studied biological preparations. On average, over the years of research, the most productive stems were formed by winter barley varieties Dostoiny (st) and Valkyria when fed with biological preparation Azotophyt twice per growing season - 450-408 pcs. And the smallest productive stem was formed by winter barley plants after feeding with biological preparations Mikofrend and Melanoriz in the phase of spring tillering and emergence of plants into the tube. By genetic dependence, all biological preparations used for foliar feeding had a positive effect on increasing the protein content in grains of winter barley varieties. The maximum values of protein were obtained from the use of biological preparation Azotophyt at the level of -10.48% of the Yason variety, and the minimum values of protein when feeding with biological preparations Mikofrend and Melanoriz -9.89-10.09% of the Valkyrie and Oscar varieties. In 2019, a relatively significant increase in protein on average from top dressings for all preparations compared to the control variant was determined in Yason and Oscar varieties - 0.35% and 0.31%. According to the results of our research, one of the main indicators of the structure of the winter barley harvest - the weight of 1000 grains - changed with a similar dependence during the years of research. It grew due to foliar fertilizing with biological preparations and, to a greater extent, due to two-time sowing of winter barley plants. But the features of the variety affected the mass of 1000 grains less significantly, in the control version, where the plants were treated with water, the mass of 1000 grains of winter barley by varieties amounted to 43.4 g of the Worthy (st) variety, respectively; 42.1 g of the Valkyrie variety; 43.0 g of the Oscar variety and 43.3 g of the Yason variety. That is, the winter barley variety Dostoiny (st) is characterized by a greater mass of 1000 grains, and the Oscar variety is less. In a market economy, one of the main indicators of the economic efficiency of technological processes is obtaining a conditionally net profit. and the level of profitability. In this way, the calculated data of conditional net profit shows that it was the smallest (10.0 thousand hryvnias/ha) when growing the Yason winter barley variety with the biological preparation Melanoriz once in the tillering phase. Feeding with biological preparation Azotophyt provided an increase in this indicator to 21.5% of the Valkyrie variety with two-time cropping. Moreover, the level of profitability of the elements of the winter barley grain cultivation technology, depending on the varietal composition and biological preparations, ranged from 105.4% in the variant with the Yason variety with one-time sowing treatment with the biological preparation Azotophyt. In the Valkyrie variety in the same version, it increased to 177.1%. The difference between these same variants of feeding with Azotophyte in the phase of spring tillering was 68.0 relative percent. Our research has established that the energy costs for growing winter barley depend on the varietal composition and biological preparations. For the cultivation of winter barley varieties Valkyria and Oscar in the variant with the treatment of crops with the biopreparation Azotophyt, energy costs exceeded 25 GJ/ha At the same time, the energy gains on average over the years of cultivation in winter barley varieties Valkyria and Oscar amounted to 26.0-27.1 GJ/ha. In winter barley varieties Dostoiny (st) and Yason, this indicator significantly decreased from 17.0 to 23.2%. Thus, for the cultivation of winter barley in the Southern Steppe zone of Ukraine, it is advisable to use Valkyrie and Oscar varieties, to optimize their nutrition, use foliar fertilization with the biological preparation Azotophyt twice during the growing season - during the period of spring bushing and emergence of plants into the tube. Our substantiated approaches to improving the nutrition of winter barley varieties with biological preparations are economically profitable and ecologically successful. The use of biological preparations in winter barley nutrition systems allows to reduce the cost of chemical fertilizers or completely abandon their use, while maintaining a high level of yield and grain quality. Our research has established that the energy costs for growing winter barley depend on the varietal composition and biological preparations. For the cultivation of winter barley varieties Valkyria and Oscar in the variant with the treatment of crops with the biopreparation Azotophyt, energy costs exceeded 25 GJ/ha At the same time, the energy gains on average over the years of cultivation in winter barley varieties Valkyria and Oscar amounted to 26.0-27.1 GJ/ha. In winter barley varieties Dostoiny (st) and Yason, this indicator significantly decreased from 17.0 to 23.2%. Thus, for the cultivation of winter barley in the Southern Steppe zone of Ukraine, it is advisable to use Valkyrie and Oscar varieties, to optimize their nutrition, use foliar fertilization with the biological preparation Azotophyt twice during the growing season - during the period of spring bushing and emergence of plants into the tube. Our substantiated approaches to improving the nutrition of winter barley varieties with biological preparations are economically profitable and ecologically successful. The use of biological preparations in winter barley nutrition systems allows to reduce the cost of chemical fertilizers or completely abandon their use, while maintaining a high level of yield and grain quality.