СВЯЗЬ УРОЖАЙНОСТИ ПОСЕВОВ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ С NDVI ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ПОЛЕЙ
Рубрики: БИОЛОГИЯ
Авторы:
1.
Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр
2.
Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр
Россия
Россия
3.
Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр
Тип:
Статья
Страницы:
с 64
по 68
Статус:
Опубликован
Получено:
25.06.2018
Одобрено:
25.06.2018
Опубликовано:
25.06.2018
Классификаторы:
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
озимая пшеница, сорт, предшественник, уровень минерального питания, сроки сева, нормы вы- сева, вегетационный индекс, NDVI
Аннотация (русский):
В настоящее время как в России, так и за рубежом стали использовать данные дистанционного зондирования Земли, в том числе NDVI, для оценки продуктивности сельскохозяйственных культур. Эти данные получены для больших территорий, таких как край, область и район. К сожалению, мало работ, посвященных изучению данного направления исследований для отдельных полей. Целью работы было установить взаимосвязи урожайности с NDVI посевов для отдельных полей озимой пшеницы. Работу выполняли в 2015-2017 гг. в ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ». Объектом исследований были посевы озимой пшеницы с различными элементами технологии возделыва- ния (сорта, предшественники, уровень минерального питания, сроки сева и нормы высева). В наших опытах уро- жайность озимой пшеницы на предшественнике пар в среднем по сортам составила 51,3 ц/га, на предшественнике озимая пшеница - 34,4 ц/га. Улучшение условий минерального питания на предшественнике пар способствовало увеличению урожайности озимой пшеницы на 31 %, а на предшественнике озимая пшеница - на 35 %. Изучение вли- яния сроков сева на урожайность озимой пшеницы показало, что в среднем по сортам за 2015-2017 гг. наибольшая урожайность была сформирована на оптимальном сроке сева - 46,4 ц/га. Элементы технологии возделывания, такие как сорт, предшественник, минеральное питание, сроки и нормы высева, оказывают большое влияние на оптико- биологические свойства посевов озимой пшеницы. Связь между урожайностью и вегетационным индексом NDVI оценивается коэффициентом корреляции, равным 0,62. Хотя такая взаимосвязь является значимой для условий про- веденного опыта, она менее тесная, чем в случае с усредненными значениями таких территорий, как район, почвен- но-климатическая зона и край (или область) в целом, которая описывается в литературе. С нашей точки зрения, это обусловлено проявлением технологических особенностей посевов.
В настоящее время как в России, так и за рубежом стали использовать данные дистанционного зондирования Земли, в том числе NDVI, для оценки продуктивности сельскохозяйственных культур. Эти данные получены для больших территорий, таких как край, область и район. К сожалению, мало работ, посвященных изучению данного направления исследований для отдельных полей. Целью работы было установить взаимосвязи урожайности с NDVI посевов для отдельных полей озимой пшеницы. Работу выполняли в 2015-2017 гг. в ФГБНУ «Северо-Кавказский ФНАЦ». Объектом исследований были посевы озимой пшеницы с различными элементами технологии возделыва- ния (сорта, предшественники, уровень минерального питания, сроки сева и нормы высева). В наших опытах уро- жайность озимой пшеницы на предшественнике пар в среднем по сортам составила 51,3 ц/га, на предшественнике озимая пшеница - 34,4 ц/га. Улучшение условий минерального питания на предшественнике пар способствовало увеличению урожайности озимой пшеницы на 31 %, а на предшественнике озимая пшеница - на 35 %. Изучение вли- яния сроков сева на урожайность озимой пшеницы показало, что в среднем по сортам за 2015-2017 гг. наибольшая урожайность была сформирована на оптимальном сроке сева - 46,4 ц/га. Элементы технологии возделывания, такие как сорт, предшественник, минеральное питание, сроки и нормы высева, оказывают большое влияние на оптико- биологические свойства посевов озимой пшеницы. Связь между урожайностью и вегетационным индексом NDVI оценивается коэффициентом корреляции, равным 0,62. Хотя такая взаимосвязь является значимой для условий про- веденного опыта, она менее тесная, чем в случае с усредненными значениями таких территорий, как район, почвен- но-климатическая зона и край (или область) в целом, которая описывается в литературе. С нашей точки зрения, это обусловлено проявлением технологических особенностей посевов.
Ключевые слова:
озимая пшеница, сорт, предшественник, уровень минерального питания, сроки сева, нормы вы- сева, вегетационный индекс, NDVI
озимая пшеница, сорт, предшественник, уровень минерального питания, сроки сева, нормы вы- сева, вегетационный индекс, 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. Мокроносов А. Т. Физиолого-экологические аспекты / А. Т. Мокроносов, В. Ф. Гавриленко, Т. В. Жига- лова // Фотосинтез. 2-е изд., испр. и доп. М. : Издат. центр «Академия», 2006. 488 с.
2. Варламов В. А. Влияние предшественников и минерального питания на хлебопекарные свойства зерна озимой пшеницы / В. А. Варламов, Е. Н. Варламова // Нива Поволжья. 2013. № 27. С. 14-20.
3. Кравцова Н. Е. Влияние комплексных удобрений на минеральное питание озимой пшеницы / Н. Е. Крав- цова, Д. В. Божков // Сб. науч. тр. Sworld. 2013. Т. 51. № 4. С. 101-103.
4. Куссуль Н. Н. Регрессионные модели оценки урожайности сельскохозяйственных культур по данным MODIS/ Н. Н. Куссуль, А. Н. Кравченко, С. В. Скакун, Т. И. Адаменко, А. Ю. Шелестов, А. В. Колотий, Ю. А. Гри- пич // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т.9. № 1. С. 95-107.
5. Майорова В. И. Контроль состояния сельскохозяйственных полей на основе прогнозирования динамики индекса NDVI по данным космической мультиспектральной и гиперспектральной сьемки / В.И. Майорова, А. М. Банников, Д. А. Гришко, И. С. Жаренов, В. В. Леонов, А. Г. Топорков, А. А. Харлан // Наука и образо- вание: электрон. науч.-техн. изд. 2013. № 7. С. 199-228.
6. Савин И. Ю. Оперативный спутниковый мониторинг состояния посевов сельскохозяйственных культур в России / И. Ю. Савин, Е. А. Лупян, С. А. Барталев // Геоматика. 2011. № 2. С. 69-76.
7. Ерошенко Ф. В. Оптические свойства растений и оценка их физиологического состояния / Ф. В. Ерошен- ко // Бюллетень Ставропольского науч.-исследовательского ин-та сельского хозяйства. 2014. № 6. С. 84-90.
8. Ерошенко Ф. В. Площадь ассимиляционной поверхности и NDVI посевов озимой пшеницы / Ф. В. Еро- шенко, И. Г. Сторчак, Е. О. Шестакова // Земледелие. 2015. № 7. С. 37-39.
9. Ерошенко Ф. В. Регрессионные модели оценки урожайности озимой пшеницы в Ставропольском крае с использованием NDVI / Ф. В. Ерошенко, И. Г. Чередниченко // Бюллетень Ставропольского науч.-исследо- вательского ин-та сельского хозяйства. 2013. № 5. С. 58-64.
10. Кулинцев В. В. Система земледелия нового поколения Ставропольского края / В. В. Кулинцев, Е. И. Го- дунова, Л. И. Желнакова, В. И. Удовыдченко, Л. Н. Петрова, В. К. Дридигер, С. А. Антонов, Д. Ю. Ан- дрианов, Д. С. Дзыбов, В. В. Кравцов, Ф. В. Ерошенко, М. Т. Куприченко, В. И. Ковтун, Ю. А. Кузыченко, Е. П. Шустикова, А. И. Хрипунов., Н. Н. Шаповалова, В. Г. Чертов, А. Б. Володин, Н. М. Комаров и др. Ставрополь, 2013. 520 с.
11. Железова С. В. Использование прибора GreenSeeker ® RT200 для мониторинга посевов озимой пше- ницы при разных технологиях возделывания / С. В. Железова, Е. В. Березовский, Д. П. Аброськин // Про- блемы агрохимии и биологии. 2013. № 1. С. 57-60.
12. Сторчак И. Г. Прогноз урожайности озимой пшеницы с использованием вегетационного индекса NDVI для условий Ставропольского края : дис. … канд. с.-х. наук. Ставрополь : Ставропольский гос. аграрный университет, 2016.
