Агробіологічні основи підвищення продуктивності пшениці озимої в умовах Південного Степу України

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.09 «Рослинництво». – Миколаївський національний аграрний університет Міністерства освіти і науки України, Миколаїв, 2026. У дисертаційній роботі висвітлено результати наукових, теоретикометодологічних експерементально-польових та прикладних досліджень з розробки, удосконалення та агробіологічного обґрунтування технологій вирощування пшениці м'якої, твердої та спельти озимих форм в умовах Південного Степу України. Встановлено закономірності проростання насіння, тривалості основних міжфазних періодів, ростові й продукційні процеси рослин пшениці озимої, формування ними урожайності та якості зерна за поєднання передпосівної обробки насіння та проведення позакореневих підживлень посівів біологічними препаратами. Дисертаційна робота складається з 9 розділів, де в логічній послідовності розкриваються питання особливостей реакції нових сортів основних видів пшениці озимої на дію еколого-біотичних, абіотичних та антропогенних факторів навколишнього середовища; розробки сортових технологій вирощування задля сприяння раціонального використання гідротермічних ресурсів регіону, одержання стабільно високих урожаїв високоякісного зерна, біологізації землеробства, енергоощадження і екологічної безпеки. У Вступі визначено актуальність теми проведення досліджень, зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами, визначено мету та завдання досліджень, які були досягнуті завдяки науковому обґрунтуванню3 принципів біологізації технологій вирощування пшениці м’якої, твердої та спельти озимих форм з урахуванням кліматичних факторів і погодних умов регіону. Встановлено залежності процесів росту, розвитку, формування максимальної урожайності та високої якості зерна від сортових особливостей, мінімального обробітку ґрунту, строків сівби, умов зволоження та дії сучасних біопрепаратів. Визначено, що впровадження цих чинників забезпечує істотне зростання продуктивності культур, підвищує рівень рентабельності виробництва та енергетичну ефективність технологій. У першому розділі обґрунтовано актуальність підвищення продуктивності пшениці в умовах Південного Степу України. За статистичними даними проаналізовано, що попри статус світового лідера, урожайність культури в Україні відстає від розвинутих країн. Визначено перспективність малопоширених культур (пшениці твердої та спельти) та потребу в підвищенні їхньої економічної ефективності. Окреслено ключові агротехнічні виклики в умовах змін клімату. Доведено доцільність впровадження мінімального обробітку ґрунту для збереження вологи та необхідність уточнення строків сівби нових сортів. Визначено екологічні резерви інтенсифікації: дослідження алелопатичної активності сортів для органічного землеробства та застосування сучасних біостимуляторів росту. Обґрунтовано вимоги до оптимізації дощувального зрошення в умовах зростання вартості водних ресурсів. У другому розділі обґрунтовано методику та описано агрокліматичні умови проведення досліджень у зоні Південного Степу України. Сортові агротехнології розглянуто як багаточинникову систему на основі принципів факторіального аналізу. Наведено схеми польових дослідів та екологічний і агрохімічний стан території. Доведено, що метеорологічні умови в роки досліджень репрезентативно відображають особливості регіону, що забезпечує достовірність вихідних даних. Описано елементи4 ресурсозберігаючої технології: використання адаптованих сортів, оптимізацію строків сівби, передпосівну обробку насіння та позакореневе підживлення рослин біопрепаратами. У третьому розділі деталізовано результати оцінки сортових ресурсів та підвищення реалізації генетичного потенціалу пшениці озимої. Виділено найбільш адаптовані до умов Південного Степу України сорти пшениці м’якої, твердої та спельти озимих форм, які забезпечують стабільну урожайність за мінливих погодних умов. Також охарактеризовано алелопатичні властивості досліджуваних сортів, що суттєво розширює їхні господарсько-біологічні показники. У четвертому розділі висвітлено результати польових досліджень (2021–2023 рр.) щодо комплексного оцінювання впливу різних знарядь стерньового обробітку на агрофізичні властивості ґрунту, динаміку розкладання рослинних решток, засміченість посівів та продуктивність пшениці озимої. Встановлено, що застосування короткої борони-лущильника DUCAT-2,5 забезпечує оптимальні умови для формування структури ґрунту та оптимізації його об'ємної вологості (VWC). Зокрема, у цьому варіанті зафіксовано вищі показники польової схожості насіння (91,1%), густоти продуктивного стеблостою (528 шт./м²) та урожайності зерна (5,18 т/га). У п’ятому розділі узагальнено результати багаторічних досліджень щодо впливу строків сівби на продуктивність сортів пшениці озимої. Дисперсійним аналізом доведено домінуючу роль строку сівби, частка впливу якого на висоту рослин становила 61,5–90,0%, а на урожайність зерна – 26– 96%. Встановлено, що оптимальні умови для формування сходів та максимальної густоти продуктивного стеблостою (705–778 шт./м²) забезпечує сівба 30 вересня. За умов зимових відлиг у 2018–2022 рр. абсолютний максимум урожайності зерна 6,37–6,88 т/га зафіксовано за сівби 10 жовтня сортами Місія одеська та Мудрість одеська. Математично доведено сильний прямий зв'язок (r = 0,95) урожайності з сумою ефективних температур в5 осінній період вегетації рослин та сильний обернений зв'язок (r = -0,92) у період від відновлення вегетації до початку колосіння. У шостому розділі визначено особливості процесів початкового росту, сортової реакції, виживаності та формування урожайності видів пшениці озимої під впливом передпосівної обробки насіння біопрепаратами. Окремо проаналізовано ефективність біопрепаратів (Азотофіт-р, Гуміфренд, Мікофренд, Органік-баланс, Хелпрост та Суспензія хлорелли) для обробки насіння пшениці м'якої, твердої та спельти озимих форм. Особливу увагу приділено порівнянню ефективності технологічних прийомів в умовах зрошення та природного зволоження, де чітко диференційовано реакцію окремих сортів. Аналіз зведених результатів дозволив встановити оптимальні дози препаратів для стимулювання енергії проростання, лабораторної та польової схожості, росту коренів і колеоптиле. Визначено їхній безпосередній вплив на біометричні та структурні показники (висоту рослин, кущистість, озерненість колоса, масу 1000 зерен), а також зафіксовано максимальні значення урожайності культури залежно від сортових особливостей. У сьомому розділі встановлено закономірності формування продуктивності рослин, густоти продуктивного стеблостою та його лінійних розмірів залежно від гідротермічних умов осіннього періоду та рівня вологозабезпечення. Доведено, що максимальні параметри продуктивності посівів пшениці озимої досягаються за поєднання передпосівної обробки насіння та позакореневого підживлення біопрепаратами. Виявлено особливості проходження міжфазних періодів росту і розвитку рослин, а також динаміку висоти й густоти стеблостою під впливом умов зволоження та температурного режиму. Визначено закономірності формування урожайності культури залежно від сортових характеристик та елементів біологізації технології вирощування за різних рівнів вологозабезпечення. У восьмому розділі визначено вплив сортових особливостей, строків сівби та гідротермічних умов вирощування на формування якості зерна6 пшениці озимої. Досліджено особливості зміни масової частки білка, клейковини, числа падіння у різних видів пшениці (м'якої, твердої, спельти) залежно від вологозабезпечення, строку сівби та застосування біопрепаратів. Визначено генетичний потенціал цих видів щодо формування технологічних показників якості зерна. У дев'ятому розділі наведено розрахунки економічної та біоенергетичної ефективності вирощування видів пшениці озимої (м'якої, твердої та спельти), а також виділено найбільш рентабельні генотипи залежно від досліджуваних технологічних прийомів вирощування, зокрема добору сортів за групами стиглості, якістю та урожайністю зерна; стерньового обробітку грунту; строку сівби; передпосівної обробки насіння та посівів біопрепаратами та умов зволоження. Висновки. У дисертації деталізовано науково-теоретичні відомості та експериментально доведені узагальнення задля нового вирішення питання – підвищення урожайності та якості зерна різних видів пшениці озимої, яке полягає в удосконаленні технологічних прийомів вирощування та використанні сортів за виявленими адаптивними та біологічними властивостями. Одержані результати та впроваджені рекомендації є гарантованим агропідходом до реалізації генетичного потенціалу сорту, збору сталого врожаю, що у підсумку забезпечує максимальні показники рівня рентабельності та коефіцієнта енергетичної ефективності.

-

Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Agricultural Sciences, specialty 06.01.09 «Crop production». – Mykolaiv National Agrarian University of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Mykolaiv, 2026. The dissertation presents the findings of scientific, theoretical, methodological, experimental-field, and applied research on the development, improvement, and agrobiological substantiation of cultivation technologies for winter forms of common wheat, durum wheat, and spelt under the conditions of the Southern Steppe of Ukraine. The study establishes the regularities of seed germination, the duration of main interphase periods, growth and production processes of winter wheat plants, as well as the formation of their yield and grain quality under the combined effect of pre-sowing seed treatment and foliar feeding with biological preparations. The dissertation consists of 9 chapters, which logically disclose the specific responses of new varieties of the main winter wheat species to eco-biotic, abiotic, and anthropogenic environmental factors; it also addresses the development of variety-specific cultivation technologies aimed at promoting the rational use of the region's hydrothermal resources, obtaining consistently high yields of high-quality grain, agricultural biologization, energy saving, and environmental safety. The Introduction defines the relevance of the research topic and its connection with scientific programs, plans, and topics. It establishes the goal and objectives of the research, which were fulfilled due to the scientific substantiation of the principles of biologicalization of cultivation technologies for winter soft wheat, durum wheat, and spelt, considering the climatic factors and weather conditions of the region. The dependencies of growth, development, maximum yield, and high8 grain quality on varietal traits, minimum tillage, sowing dates, moisture conditions, and the effects of modern biological preparations have been established. It is determined that implementing these factors ensures a significant increase in crop productivity, enhances production profitability, and improves the energy efficiency of the technologies. The first chapter substantiates the relevance of increasing wheat productivity in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine. Based on statistical data, the analysis shows that despite its status as a world leader, Ukraine's crop yields lag behind those of developed nations. The prospects of minor crops (durum wheat and spelt) and the need to increase their economic efficiency are identified. Key agrotechnical challenges under climate change conditions are outlined. The study proves the viability of introducing minimum tillage to conserve moisture and highlights the need to clarify sowing dates for new varieties. Ecological reserves for intensification are defined: researching the allelopathic activity of varieties for organic farming and applying modern growth biostimulants. Finally, the requirements for optimizing sprinkler irrigation in the context of rising water resource costs are substantiated. The second chapter substantiates the methodology and describes the agroclimatic conditions of the research conducted in the Southern Steppe zone of Ukraine. Variety-specific agrotechnologies are examined as a multi-factor system based on the principles of factorial analysis. The chapter provides the designs of field experiments and details the ecological and agrochemical status of the area. It is proven that the meteorological conditions during the research years representatively reflect the characteristics of the region, ensuring the reliability of the baseline data. The elements of resource-saving technology are described, including the use of adapted varieties, optimization of sowing dates, pre-sowing seed treatment, and foliar feeding of plants with biological preparations. The third chapter details the results of assessing variety resources and enhancing the realization of the genetic potential of winter wheat. It identifies the9 winter soft wheat, durum wheat, and spelt varieties best adapted to the conditions of the Southern Steppe of Ukraine, which ensure stable yields under changing weather conditions. Additionally, the allelopathic properties of the studied varieties are characterized, significantly expanding their economic and biological indicators. The fourth chapter presents the results of field research (2021–2023) regarding a comprehensive assessment of how different stubble cultivation implements affect soil agrophysical properties, plant residue decomposition dynamics, weed infestation, and winter wheat productivity. It was established that using the DUCAT-2.5 short disc harrow provides optimal conditions for soil structure formation and volumetric water content (VWC) optimization. Specifically, this variant recorded the highest rates of field germination (91.1%), productive stem density (528 pcs/m²), and grain yield (5.18 t/ha). The fifth chapter summarizes the results of multi-year research on the effect of sowing dates on the productivity of winter wheat varieties. Analysis of variance (ANOVA) proved the dominant role of the sowing date, with its share of influence ranging from 61.5–90.0% on plant height and 26–96% on grain yield. It was established that sowing on September 30 ensures optimal conditions for seedling emergence and the maximum density of productive stems (705–778 pcs/m²). Under the conditions of winter thaws in 2018–2022, the absolute maximum grain yield of 6.37–6.88 t/ha was recorded for sowing on October 10 with the varieties Misiia odeska and Mudrist odeska. A strong direct correlation (r = 0.95) was mathematically proven between yield and the sum of effective temperatures in the autumn growing season, as well as a strong inverse correlation (r = -0.92) during the period from the resumption of spring vegetation to the heading stage. The sixth chapter the specific characteristics of initial growth processes, variety-specific response, survival rate, and yield formation of winter wheat species under the influence of pre-sowing seed treatment with biological preparations. The efficiency of biological preparations was analyzed separately (Azotofit-r, Humifriend, Mycofriend, Organic-balance, Help-rost, and Chlorella suspension) for10 treating the seeds of winter soft wheat, durum wheat, and spelt. Special attention is given to comparing the efficiency of technological practices under irrigation versus rainfed conditions, clearly differentiating the response of individual varieties. The analysis of aggregated results allowed for the determination of optimal preparation doses to stimulate germination energy, laboratory and field germination rates, as well as root and coleoptile growth. Their direct impact on biometric and structural parameters (plant height, tillering capacity, grain number per spike, 1000-grain weight) was identified, the maximum values of crop yield were recorded depending on varietal characteristics. The seventh chapter establishes the patterns of plant productivity, productive stem density, and its linear dimensions depending on the hydrothermal conditions of the autumn period and the moisture supply level. It is proven that maximum productivity parameters of winter wheat crops are achieved through a combination of pre-sowing seed treatment and foliar feeding with biological preparations. The chapter reveals the specific features of growth and development interphase periods, as well as the dynamics of stem height and density under the influence of moisture conditions and temperature regimes. The regularities of crop yield formation were determined depending on varietal characteristics and elements of cultivation technology biologicalization under different moisture supply levels. The eighth chapter defines the impact of varietal characteristics, sowing dates, and hydrothermal cultivation conditions on the formation of winter wheat grain quality. It investigates the specifics shifts in the mass fraction of protein, gluten content, and falling number across different wheat species (soft, durum, spelt) depending on moisture supply, sowing dates, and the application of biological preparations. The genetic potential of these species regarding the formation of technological grain quality indicators has been determined. The ninth chapter provides calculations of the economic and bioenergetic efficiency of cultivating winter wheat species (soft, durum, and spelt) and highlights the most profitable genotypes depending on the studied technological cultivation11 practices. These include variety selection by maturity groups, grain quality, and yield; tillage; sowing dates; pre-sowing seed treatment and crop spraying with biological preparations; and moisture conditions. Conclusions. The dissertation details scientific and theoretical data as well as experimentally proven generalizations for a new solution to a critical problem: increasing the yield and grain quality of different winter wheat species by improving technological cultivation practices and utilizing varieties according to their identified adaptive and biological properties. The obtained results and implemented recommendations serve as a guaranteed agricultural approach to realizing the genetic potential of a variety and harvesting a sustainable crop, ultimately ensuring maximum profitability rates and energetic efficiency coefficients