INFLUENCE OF ELEMENTS OF TECHNOLOGY ON CROP PRODUCTIVITY AND NDVI OF WHEAT WHEAT SOWINGS
Rubrics: BIOLOGY
Authors:
1.
Severo-Kavkazskiy federal'nyy nauchnyy agrarnyy centr
2.
Severo-Kavkazskiy federal'nyy nauchnyy agrarnyy centr
Russian Federation
Russian Federation
3.
Severo-Kavkazskiy federal'nyy nauchnyy agrarnyy centr
Type:
Article
Pages:
from 64
to 68
Status:
Published
Received:
25.06.2018
Accepted:
25.06.2018
Published:
25.06.2018
Subject area:
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
Language:
Russian
Keywords:
winter wheat, variety, predecessor, level of mineral nutrition, timing of sowing, seeding rates, vegetative index, NDVI
Abstract (English):
Nowadays, both in Russia and abroad, data from remote sensing of the Earth, including NDVI, was used to assess the productivity of agricultural crops. These data are obtained for large areas, such as the edge, region and region. Unfortunately, in the literature there are few papers devoted to the study of this field of research for individual fields. They are necessary, since they will allow establishing some mechanisms of NDVI interrelation with the physiological state of winter wheat crops. Therefore, the aim of the work was to establish the relationship of yields with NDVI crops for individual fields of winter wheat. Work was carried out in 2015–2017. In the North Caucasian FNAC. The objects of the research were sowing of winter wheat with various elements of cultivation technology (varieties, predecessors, the level of mineral nutrition, timing of sowing and seeding rates). In our experiments, the yield of winter wheat on the predecessor of the pairs averaged 51.3 centner / ha on average, with 34.4 centners per hectare on winter wheat. Improving the conditions of mineral nutrition on the steam precursor contributed to an increase in the yield of winter wheat by 31 %, and on the predecessor winter wheat by 35 %. The study of the influence of the sowing time on the yield of winter wheat showed that, on average, for varieties in 2015–2017, The highest yield was formed at the optimal sowing time - 46.4 c / ha. Elements of cultivation technology, such as variety, precursor, mineral nutrition, timing and seeding rates, have a great influence on the optical and biological properties of winter wheat crops. The relationship between yield and vegetation index NDVI is estimated by a correlation coefficient of 0.62. Although such a relationship is significant for the conditions of the conducted experiment, it is nevertheless less tight than in the case of the average values of such territories as the area, soil and climatic zone and the region (or region) as a whole, which is described in the literature. From our point of view, this is due to the manifestation of technological features of crops.
Nowadays, both in Russia and abroad, data from remote sensing of the Earth, including NDVI, was used to assess the productivity of agricultural crops. These data are obtained for large areas, such as the edge, region and region. Unfortunately, in the literature there are few papers devoted to the study of this field of research for individual fields. They are necessary, since they will allow establishing some mechanisms of NDVI interrelation with the physiological state of winter wheat crops. Therefore, the aim of the work was to establish the relationship of yields with NDVI crops for individual fields of winter wheat. Work was carried out in 2015–2017. In the North Caucasian FNAC. The objects of the research were sowing of winter wheat with various elements of cultivation technology (varieties, predecessors, the level of mineral nutrition, timing of sowing and seeding rates). In our experiments, the yield of winter wheat on the predecessor of the pairs averaged 51.3 centner / ha on average, with 34.4 centners per hectare on winter wheat. Improving the conditions of mineral nutrition on the steam precursor contributed to an increase in the yield of winter wheat by 31 %, and on the predecessor winter wheat by 35 %. The study of the influence of the sowing time on the yield of winter wheat showed that, on average, for varieties in 2015–2017, The highest yield was formed at the optimal sowing time - 46.4 c / ha. Elements of cultivation technology, such as variety, precursor, mineral nutrition, timing and seeding rates, have a great influence on the optical and biological properties of winter wheat crops. The relationship between yield and vegetation index NDVI is estimated by a correlation coefficient of 0.62. Although such a relationship is significant for the conditions of the conducted experiment, it is nevertheless less tight than in the case of the average values of such territories as the area, soil and climatic zone and the region (or region) as a whole, which is described in the literature. From our point of view, this is due to the manifestation of technological features of crops.
Keywords:
winter wheat, variety, predecessor, level of mineral nutrition, timing of sowing, seeding rates, vegetative index, NDVI
winter wheat, variety, predecessor, level of mineral nutrition, timing of sowing, seeding rates, vegetative index, NDVI
Положительная рецензия представлена М. П. Жуковой, доктором сельскохозяйственных наук, профессором Ставропольского государственного аграрного университета. Формирование урожая посевов сельскохозяй- ственных культур определяется фотосинтетической продуктивностью, которая зависит от условий выра- щивания [1]. Использование различных элементов технологии позволяет оптимизировать продукцион- ный процесс растений при их возделывании. Разные предшественники, уровень минерального питания, сроки и нормы сева оказывают большое влияние на фотосинтетические показатели посева, которые ха- рактеризуют его оптико-биологические свойства, зависящие от стеблестоя, высоты, площади ассими- ляционной поверхности, содержания хлорофилла, а также от архитектоники растений [2, 3]. Для оценки продуктивности сельскохозяйствен- ных культур можно использовать вегетационный индекс NDVI [4]. Он рассчитывается с помощью ко- эффициентов спектральной яркости посева в крас- ной и ближней инфракрасной областях спектра элек- тромагнитных волн, следовательно, этот показатель может быть использован как одна из характеристик его оптико-биологических свойств [5, 6]. Литературные данные свидетельствуют о том, что сорта с определенными морфофизиологиче- скими признаками обладают характерной для них архитектоникой посева и оптико-биологическими свойствами. Кроме того, сортовые особенности ока- зывают влияние даже на микробиологическую ак- тивность почвы под посевами озимой пшеницы, что находит отражение в показателях фотосинтетиче- ской продуктивности [7]. Наряду с этим различные элементы технологии возделывания озимой пшени- цы оказывают влияние как на площадь ассимиля- ционной поверхности, так и на содержание хлоро- филла, а следовательно, и на вегетационный индекс NDVI. Известно, что при анализе данных дистанцион- ного зондирования с пространственным разреше- нием 250 м (сканер MODIS) отмечается устойчивая корреляционная связь NDVI с урожайностью ози- мой пшеницы для больших административных еди- ниц, таких как район, почвенно-климатическая зона, край или область [8]. Но для отдельных полей такая закономерность не наблюдается. Это связано с тем, что посевы сельскохозяйственных культур облада- ют сортовыми и технологическими особенностями, которые влияют как на фотосинтетическую продук- тивность, так и на оптико-биологические свойства [9]. К сожалению, мало работ посвящено изучению данного направления. Такие исследования необхо- димы, поскольку они позволят установить некото- рые механизмы взаимосвязи NDVI с физиологиче- ским состоянием посевов озимой пшеницы. Цель и методика исследований. Целью работы было установить взаимосвязи урожайности с NDVI посевов для отдельных полей озимой пшеницы. Общие условия и методы проведения исследо- ваний. Исследования проводили в период с 2015 по 2017 г. на опытном поле ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр». Объектами исследований служили посевы озимой пшеницы со- ртов селекции ФГБНУ «Ставропольский НИИ сель- ского хозяйства»: Зустрич, Ставка, Слава, Стать, Анисимовка. Исследуемые объекты расположены в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольско- го края. Среднегодовое количество осадков - 511- 636 мм, ГТК - 1,0-1,1, сумма активных температур выше 10 °С - 3300-3650 °С [10]. Почвы представлены черноземом обыкновенным среднемощным малогу- мусным тяжелосуглинистым. Предшественниками были черный пар и озимая пшеница. Фоны мине- Таблица 1 Влияние предшественников и минеральных удобрений на урожайность озимой пшеницы различных сортов, 2015-2017 гг. Table 1 Influence of precursors and mineral fertilizers on the productivity of winter wheat of various varieties, 2015-2017 Сорт Variety Пар Steam Озимая пшеница Winter wheat контроль, ц/га control, centner/ha удобренный, ц/га fertilized, centner/ha контроль, ц/га control, centner/ha удобренный, ц/га fertilized, centner/ha Зустрич Zustrich 47,6 63,0 35,9 43,0 Ставка Stavka 54,0 72,2 33,8 48,5 Слава Slava 52,6 68,7 34,9 49,4 Стать Stat’ 48,0 64,1 32,5 42,9 Анисимовка Anisimovka 54,2 67,2 34,7 48,1 Среднее Average 51,3 67,0 34,4 46,4 НСР NDS 0,05 0,05 2,6 3,4 1,7 2,3 Таблица 2 Влияние сроков сева на урожайность озимой пшеницы различных сортов, 2015-2017 гг. Table 2 Effect of sowing time on the yield of winter wheat of various varieties, 2015-2017 Сорт Variety Срок сева Sowing time ранний, ц/га early, centner/ha оптимальный, ц/га optimal, centner/ha поздний, ц/га late, centner/ha Зустрич Zustrich 42,8 42,9 38,3 Ставка Stavka 43,3 48,5 45,0 Слава Slava 45,9 49,4 49,7 Стать Stat’ 41,5 42,9 41,8 Анисимовка Anisimovka 41,4 48,1 42,4 Среднее Average 43,0 46,4 43,4 НСР 0,05 NDS 0,05 2,2 2,3 2,1 Таблица 3 Влияние норм высева на урожайность озимой пшеницы различных сортов, 2015-2017 гг. Table 3 Influence of seeding rates on productivity of winter wheat of various varieties, 2015-2017 Сорт Variety Нормы высева Sowing rates 4 млн, ц/га 4 million, centner/ha 5 млн, ц/га 5 million, centner/ha 6 млн, ц/га 6 million, centner/ha Зустрич Zustrich 43,0 42,9 42,5 Ставка Stavka 47,4 48,5 46,1 Слава Slava 47,7 49,4 47,5 Стать Stat’ 41,4 42,9 39,7 Анисимовка Anisimovka 49,2 48,1 46,0 Среднее Average 45,7 46,4 44,3 НСР 0,05 NDS 0,05 2,3 2,3 2,2 рального питания: контроль (без удобрений) и удо- Улучшение условий минерального питания на бренный фон - N P K перед посевом и N ранней предшественнике пар способствовало увеличению 60 60 60 30 весной. Нормы высева - 4, 5 и 6 млн всхожих семян на 1 га (оптимальная норма высева - 5 млн). Сроки сева - ранний, оптимальный и поздний. Повторность опыта - трехкратная. Агротехника общепринятая для зоны неустойчивого увлажнения Ставрополь- ского края. Показатель NDVI определяли с помощью прибора GreenSeeker® (Trimbl, USA) [11]. Измерения проводили с интервалом от четырех до семи дней по 4-6 замеров на каждой повторности варианта. Результаты исследований. Нами было изучено влияние основных технологических приемов воз- делывания на формирование урожая озимой пше- ницы. В среднем по сортам за изучаемый период урожайность озимой пшеницы в наших опытах на предшественнике пар составила 51,3 ц/га, а на предшественнике озимая пшеница - 34,4 ц/га (табл. 1). урожайности озимой пшеницы в среднем на 31 %, а на предшественнике озимая пшеница - на 35 %. Наибольшая урожайность на предшественнике пар на контрольном варианте отмечена у сорта Аниси- мовка (54,2 ц/га), а на удобренном фоне - Ставка (72,2 ц/га). На предшественнике озимая пшеница лидером по урожайности на контрольном варианте был сорт Зустрич (35,9 ц/га), а на удобренном фоне - сорт Слава (49,4 ц/га). Изучение влияния сроков сева на урожайность озимой пшеницы показало, что в среднем по со- ртам за 2015-2017 гг. наибольшая урожайность была сформирована на оптимальном сроке сева - 46,4 ц/га. На раннем и позднем сроках величины урожайности составили 43,0 и 43,4 ц/га, что на 7 % и 6 % соответ- ственно меньше, чем у оптимального срока (табл. 2). Рис. 1. Коэффициенты корреляции между NDVI и урожайность озимой пшеницы, в среднем за 2015-2017 гг. (значимость коэффициентов корреляции: р = 0,05-0,23; р = 0,01-0,30) Fig. 1. Coefficients of correlation between NDVI and the yield of winter wheat, on average for 2015-2017 (the significance of correlation coefficients: p = 0.05-0.23, p = 0.01-0.30) Исследования показали (табл. 3), что за исследуе- мый период в среднем по сортам максимальная уро- жайность озимой пшеницы наблюдалась на вариан- те с нормой высева 5 млн всхожих семян на гектар (46,4 ц/га), а наименьшая - при 6 млн (44,3 ц/га), что на 3 % меньше чем при норме высева 4 млн всхожих семян на гектар (45,7 ц/га). Хотя в среднем по сортам различия были неболь- шие, тем не менее у сорта Стать они были более суще- ственные. Так, самая низкая урожайность у этого со- рта (39,7 ц/га) была получена на варианте с нормой вы- сева 6 млн всхожих семян на гектар, что меньше, чем на вариантах с 4 и 5 млн на 4 % и 8 % соответственно. Нами была изучена корреляционная связь между вегетационным индексом NDVI посевов всех вари- антов (сорта, предшественники, минеральные удо- брения, сроки сева и нормы высева) в различные фазы роста и развития и их урожайностью (рис. 1). Наиболее тесная такая связь отмечена в начале колошения, в среднем за годы исследований коэф- фициент корреляции составил 0,62. Полученные результаты дают возможность использования данных дистанционного зондирования Земли для постро- ения моделей зависимости NDVI от урожайности озимой пшеницы, что также может быть использо- вано для оценки состояния посевов сельскохозяй- ственных культур в течение вегетации. Выводы Элементы технологии возделывания, такие как сорт, предшественник, минеральное питание, сроки и нормы высева, оказывают большое влияние как на оптико-биологические свойства посевов озимой пшеницы, так и на их урожайность. Связь между урожайностью и вегетационным индексом NDVI оценивается коэффициентом корре- ляции, равным 0,62. Хотя такая взаимосвязь являет- ся значимой для условий нашего опыта, она менее тесная, чем в случае с усредненными значениями таких территорий, как район, почвенно-климатиче- ская зона и край (или область) в целом [12]. С нашей точки зрения, это обусловлено проявлением техно- логических особенностей посевов.
1. Mokronosov A. T. Fiziologo-ekologicheskie aspekty / A. T. Mokronosov, V. F. Gavrilenko, T. V. Zhiga- lova // Fotosintez. 2-e izd., ispr. i dop. M. : Izdat. centr «Akademiya», 2006. 488 s.
2. Varlamov V. A. Vliyanie predshestvennikov i mineral'nogo pitaniya na hlebopekarnye svoystva zerna ozimoy pshenicy / V. A. Varlamov, E. N. Varlamova // Niva Povolzh'ya. 2013. № 27. S. 14-20.
3. Kravcova N. E. Vliyanie kompleksnyh udobreniy na mineral'noe pitanie ozimoy pshenicy / N. E. Krav- cova, D. V. Bozhkov // Sb. nauch. tr. Sworld. 2013. T. 51. № 4. S. 101-103.
4. Kussul' N. N. Regressionnye modeli ocenki urozhaynosti sel'skohozyaystvennyh kul'tur po dannym MODIS/ N. N. Kussul', A. N. Kravchenko, S. V. Skakun, T. I. Adamenko, A. Yu. Shelestov, A. V. Kolotiy, Yu. A. Gri- pich // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2012. T.9. № 1. S. 95-107.
5. Mayorova V. I. Kontrol' sostoyaniya sel'skohozyaystvennyh poley na osnove prognozirovaniya dinamiki indeksa NDVI po dannym kosmicheskoy mul'tispektral'noy i giperspektral'noy s'emki / V.I. Mayorova, A. M. Bannikov, D. A. Grishko, I. S. Zharenov, V. V. Leonov, A. G. Toporkov, A. A. Harlan // Nauka i obrazo- vanie: elektron. nauch.-tehn. izd. 2013. № 7. S. 199-228.
6. Savin I. Yu. Operativnyy sputnikovyy monitoring sostoyaniya posevov sel'skohozyaystvennyh kul'tur v Rossii / I. Yu. Savin, E. A. Lupyan, S. A. Bartalev // Geomatika. 2011. № 2. S. 69-76.
7. Eroshenko F. V. Opticheskie svoystva rasteniy i ocenka ih fiziologicheskogo sostoyaniya / F. V. Eroshen- ko // Byulleten' Stavropol'skogo nauch.-issledovatel'skogo in-ta sel'skogo hozyaystva. 2014. № 6. S. 84-90.
8. Eroshenko F. V. Ploschad' assimilyacionnoy poverhnosti i NDVI posevov ozimoy pshenicy / F. V. Ero- shenko, I. G. Storchak, E. O. Shestakova // Zemledelie. 2015. № 7. S. 37-39.
9. Eroshenko F. V. Regressionnye modeli ocenki urozhaynosti ozimoy pshenicy v Stavropol'skom krae s ispol'zovaniem NDVI / F. V. Eroshenko, I. G. Cherednichenko // Byulleten' Stavropol'skogo nauch.-issledo- vatel'skogo in-ta sel'skogo hozyaystva. 2013. № 5. S. 58-64.
10. Kulincev V. V. Sistema zemledeliya novogo pokoleniya Stavropol'skogo kraya / V. V. Kulincev, E. I. Go- dunova, L. I. Zhelnakova, V. I. Udovydchenko, L. N. Petrova, V. K. Dridiger, S. A. Antonov, D. Yu. An- drianov, D. S. Dzybov, V. V. Kravcov, F. V. Eroshenko, M. T. Kuprichenko, V. I. Kovtun, Yu. A. Kuzychenko, E. P. Shustikova, A. I. Hripunov., N. N. Shapovalova, V. G. Chertov, A. B. Volodin, N. M. Komarov i dr. Stavropol', 2013. 520 s.
11. Zhelezova S. V. Ispol'zovanie pribora GreenSeeker ® RT200 dlya monitoringa posevov ozimoy pshe- nicy pri raznyh tehnologiyah vozdelyvaniya / S. V. Zhelezova, E. V. Berezovskiy, D. P. Abros'kin // Pro- blemy agrohimii i biologii. 2013. № 1. S. 57-60.
12. Storchak I. G. Prognoz urozhaynosti ozimoy pshenicy s ispol'zovaniem vegetacionnogo indeksa NDVI dlya usloviy Stavropol'skogo kraya : dis. … kand. s.-h. nauk. Stavropol' : Stavropol'skiy gos. agrarnyy universitet, 2016.
