Постановка проблемы (Introduction)

Одна из важнейших зернофуражных культур в Сибири – яровой овес, который по своей значимости занимает третье место после пшеницы и ячменя. Он имеет значение как культура разностороннего использования, важный источник растительного белка, жира и крахмала [1], [2], [3]. Зерно овса является хорошим концентрированным кормом для птицы и всех видов сельскохозяйственных животных. Белок овса отличается более высоким содержанием незаменимых аминокислот по сравнению с пшеницей и кукурузой. Наиболее значимой проблемой селекции овса остается получение высоких и стабильных урожаев высокого качества. На долю сортов приходится 35–40 % прироста сбора белка с гектара. Однако в варьирующих условиях производства сбор зерна в благоприятные годы составляет 40–45 %, в экстремальные – 15–20 % возможного. В последние годы особенно возрос интерес к исследованиям экологической пластичности сортов сельскохозяйственных культур [4], [5]. Это, по-видимому, связано, во-первых, с крайне неустойчивым по метеоусловиям климатом на территории страны, во-вторых, с широким внедрением в производство интенсивных технологий возделывания, в-третьих, селекционерам и семеноводам необходимо иметь четкую прогнозируемую величину индивидуальной реакции разных генотипов на окружающие условия. Сложность состоит в том, чтобы суметь оценить эту реакцию в математическом выражении. В 2018 г., по данным Росстата, посевные площади овса составили 2848,8 тыс. га, что на 1,3 %, или на 38,6 тыс. га, меньше, чем засеяли в 2017 г. За 5 лет показатели снизились на 14,8 % (на 493,1 тыс. га), за 10 лет – на 20,0 % (на 713,7 тыс. га). По отношению к 1990 г. посевные площади сократились на 68,7 %, или на 6251,0 тыс. га.  

Рейтинг регионов по размеру площади посева овса:

1. На первом месте по площади посева овса в 2018 г. находился Алтайский край – 395,9 тыс. га (13,9 % от общей площади посевов). За год площади посева выросли на 0,2 %, или на 0,8 тыс. га.
2. Новосибирская область в 2018 г. была засеяна 192,3 тыс. га овса (6,8 % в общих посевах). По отношению к 2017 г. площади сократились на 8,8 % (на 18,6 тыс. га).
3. Красноярский край (размер площади посева в 2018 г. – 172,6 тыс. га, доля в общих площадях – 6,1 %).
4. Республика Башкортостан (158,7 тыс. га – 5,6 %).
5. Тюменская область (110,4 тыс. га – 3,9 %).
6. Кемеровская область (105,4 тыс. га – 3,7 %).
7. Омская область (96,9 тыс. га –3,4 %).
8. Челябинская область (88,3 тыс. га – 3,1 %).
9. Иркутская область (88,3 тыс. га – 3,1 %).
10. Оренбургская область (82,6 тыс. га – 2,9 %).
11. Другие регионы РФ (1358,9 тыс. га – 47,7 %).

В связи с тем, что для любого региона свойственны свои климатические и почвенные условия (в особенности это относится к Западной Сибири, учитывая ее ярко выраженные контрастные погодные условия), селекция данной культуры должна иметь ярко выраженную адаптивную направленность. Возникает необходимость создавать и внедрять сорта, сочетающие высокую урожайность хорошего качества зерна с приспособленностью к неблагоприятным факторам среды [6], [7].

В связи с этим цель проведения исследования – многолетнее изучение набора сортов овса в условиях южной лесостепной зоны Омского региона по параметрам экологической адаптивности, вычисленным по признаку «сбор белка с гектара».

Методология и методы исследования (Methods)

Экспериментальная часть работы проводилась в течение 2013–2017 гг. на опытных полях Омского АНЦ (южная лесостепь, г. Омск). Агротехника проведения опытов общепринятая для Западно-Сибирского региона, все наблюдения, оценки и учеты в питомнике проводились согласно методике ВИР по изучению коллекции ячменя и овса [8]. Площадь делянки – 10 м², повторность четырехкратная. Норма высева – 4 млн. всхожих зерен на 1 га. Проведена математическая обработка [9]. Расчет показателей адаптивности проводили, используя следующие показатели:

В. А. Зыкин для характеристики поведения сорта использует показатель «размах сбора белка с гектара» (d):

d = , (1)

– максимальный сбор белка с гектара;

 – минимальный сбор белка с гектара [10, с. 24].

Широту ареала оценивали по индексу экологической пластичности (Jsp) (Eberhart, Rassel, 1966):

Jsp = , (2)

где Jsp – индекс экологической пластичности образца;

 – сбор белка с гектара образца;

 – средний сбор белка всех образцов выборки [11].

Фактор стабильности (stability factor – S. F.), согласно методике, предложенной D. Lewis (1954), рассчитывали по формуле:

S. F. = , (3)

где . – значение признака в высокопродуктивной среде (high-expression environment);

 – значение признака в низкопродуктивной среде (low-experessio environment) [11].

Гомеостатичность (Hom) и селекционную ценность сортов (Sc) вычисляли по методике В. В. Хангильдина по формулам:

, (4)

Sc = , (5)

где – среднее арифметическое сбора белка с гектара за ряд лет;

𝑥_lim и 𝑥_opt – сбор белка с гектара на оптимальном и лимитированном фоне соответственно;

 – среднее квадратическое отклонение [12].

Показатель относительной стабильности (St²) и критерий стабильности (А) рассчитывали по формулам Н. А. Соболева (1980):

St² = , (6)

А = , (7)

где  – средний сбор белка с гектара сорта;

S² – общая дисперсия урожаев [13].

По методике Р. А. Удачина реакция сортов оценивается через показатель интенсивности:

И = _опт. – _лим./ _ср × 100 %, (8)

где _ср – среднее значение сбора белка с гектара ;

_опт, _лим – средний сбор белка с гектара изучаемого сорта в оптимальных и лимитированных условиях соответственно [13].

Б. А. Доспехов для расчета стабильности использует коэффициент вариации (СV):

СV =  × 100 %, (9)

где CV – стандартное отклонение, выраженное в процентах к средней арифметической данной совокупности; S – дисперсия сбора белка с гектара;  – средний сбор белка [9].

Объектами исследований, результаты которых представлены в данной статье, являлись 13 сортов овса, рекомендованных для возделывания в данном регионе. Из них 9 сортов пленчатой формы (стандартный сорт Орион, Иртыш 13, Иртыш 21, Тарский 2, Уран, Памяти Богачкова, Скакун, Факел, Сибирский Геркулес и Урал), а также 2 сорта голозерной группы (стандарт Сибирский голозерный и сорт Прогресс).

По данным гидрометеорологического центра (ОГМС), в черте г. Омска в период исследований с 2013 по 2017 гг. сложились контрастные условия. Период вегетации 2014 г. характеризовался засушливыми условиями (ГТК = 0,92), сухими и холодными в 2015 г. (0,70). Достаточным увлажнением отличался периоды вегетации 2013 и 2017 гг. (ГТК = 0,99). Среднемноголетнее значение ГТК составляет 0,82, что означает засушливые условия. Период формирования зерновки (третья декада июля – август) характеризовался недобором количества осадков в 2014 г., а также в июле 2015 г. (13–95 % к норме) что, несомненно, отразилось на качестве зерна. На этом фоне наблюдается превышение средних температур воздуха в августе 2014 г. (+3,2 °C) и недобор их в 2013 и 2017 гг. (–0,6…–4,8 °C).

Рис. 1. Характеристика условий вегетационных периодов 2013–2017 гг.

Fig. 1. Description of the conditions of vegetation periods 2013–2017

Результаты (Results)

Перед современным кормопроизводством остро стоит вопрос дефицита белка, в связи с этим необходимо увеличивать сбор белка кг/га. Но следует заметить, что не всегда высокое содержание белка в зерне может быть определяющим при увеличении данного показателя, довольно часто этому способствует высокая урожайность [14], [15]. Однако есть указания на то, что в современных агроэкологических условиях вследствие недостаточной стрессоустойчивости растений [16] потенциальная урожайность сельскохозяйственных культур реализуется крайне слабо – от 25 до 40 % [17].

Сбор белка с гектара – это интегральный параметр, учитывающий два показателя: собственно величину урожайности сорта и содержание сырого белка в зерне. Данные, представленные в таблице 1, позволяют говорить о том, что в среднем по питомнику сбор белка за период исследований составил 408,8 и 407,4 кг/га у пленчатых и голозерных сортов соответственно. Наиболее благоприятные условия для повышенного сбора белка наблюдались в 2015 г. (485,7 и 603,3 кг/га в группах пленчатых и голозерный соответственно) и в 2017 г. (482,2 и 379,4 кг/га) при максимально высоких по опыту индексах условий окружающей стеры (Jj = +95,2 и +57,8).

В пленчатой группе средний сбор белка у стандартного сорта Орион отмечен на уровне 400,1 кг/га. Превышали данное значение сорта Тарский 2, Уран, Факел и Сибирский Геркулес (+14,1…+71,5 кг/га).

Таблица 1

Характеристика сортов овса по сбору белка, кг/га

Примечание: St – стандартный сорт; Yi – среднее значение по сорту; Jj – индекс условий окружающей среды.

Table 1

Characteristics of varieties of oats for the collection of protein, kg/ha

Note: St. is a standard grade; Yi is the average value for the variety; Jj is the environmental index.

При экологическом испытании желательно использовать такой показатель, как размах сбора белка (d). Чем ниже этот параметр, тем стабильнее данный параметр в неустойчивых условиях выращивания (таблица 2). Все исследуемые сорта пленчатой группы по размаху сбора белка превышали стандарты (d = +33,0…250,4 кг/га к St), что составило от 38,9 до 63,4  %. Максимальный размах отмечен у сорта Факел (d = 400,5 кг/га). В голозерной группе повышенное значение данного показателя отмечено у стандартного сорта Омский голозерный (d = 354,1 кг/га).

Измерение адаптивных возможностей сорта оценивается на основе приравнивания величин его признаков в альтернативных условиях. Чем больше отклонение показателей от единицы, тем менее стабилен сорт. Высокие абсолютные значения (S. F.), а следовательно, низкая приспособительная устойчивость присуща сортам Факел, Урал, Иртыш 22, Сибирский голозерный, Скакун, Прогресс, Памяти Богачкова (S. F. = 2,06…2,76). Более низкие показатели значения фактора стабильности, а значит, более высокая стабильность свойственна сортам овса ярового: Орион, Уран, Тарский 2, Иртыш 13, Сибирский Геркулес, Иртыш 21 (S. F. = 1,45…1,81).

Определение селекционной ценности сорта (Sc), подобно фактору стабильности (S. F.), основано на сравнении сбора белка в лимитированных и оптимальных условий выращивания с учетом усредненных значений данного показателя. При этом чем выше числовое значение признака, тем стабильнее сорт. Селекционная ценность стандартов составила 275,6 и 199,2 в пленчатой и голозерной группах соответственно. Ни один исследуемый сорт не превысил данные показатели. Показатели на уровне стандарта Орион отмечены у сортов Тарский 2 и Сибирский Геркулес (Sc = 266,6).

Таблица 2

Показатели пластичности, селекционной ценности, гомеостатичности сортов овса

Примечание: размах сбора белка с гектара (d) по Зыкину В. А.; индекс экологической пластичности (Jsp) по Eberhart и Rassel; фактор стабильности (S. F.) по D. Lewis; гомеостатичность (Hom) и селекционная ценность сортов (Sc) по В. В. Хангильдину; стабильность (St²) и критерий стабильности (А) по Н. А. Соболеву.

Table 2

Indicators of plasticity, breeding value, homeostatic varieties of oats

Note: d – the indicator protein collection per hectare according to Zykin; Jsp –  ecological plasticity index according to Eberhart and Rassel; S. F.– stability factor according to D. Lewis, Hom – homeostaticity and Sc – selection the value of varieties according to V. V. Khangildin; St² – relative stability and А – stability criterion according to N. A. Sobolev.

Стандарты характеризовались следующей гомеостатичностью: 17,54 у сорта Орион и 3,64 у сорта Сибирский голозерный. Исследуемые сорта не превышали стандарты по данному показателю, значением на уровне характеризовался сорт Прогресс (Hom = 3,51).

Определение стабильности анализируемого набора сортов рекомендуется проводить по показателю относительной стабильности признака (St²) и критерию на стабильность признака (А). При вычислении (St²) применяется средний по сорту параметр сбора белка и общая дисперсия данного признака. Критерий (А) характеризуется и пополняет стабильность изучаемого признака. Чем выше параметр (St²), тем более удачно у оцениваемого образца сочетаются сбор белка и относительная стабильность. Выполненный эксперимент выявил по относительной стабильности на уровне стандарта пленчатые сорта Иртыш 21 и Уран (St² = 0,97) и голозерный сорт Прогресс (St² = 0,89). Повышенный критерий на стабильность признака характерен для сортов Уран, Факел и Сибирский Геркулес (А = 450,6…463,8).

Коэффициент интенсивности (И) сорта рассчитан по методике как отношение разности величины признака для конкретного сорта к средней ее величине для всех сортов в опыте, выраженное в процентах. По итогам проведенных вычислений к типу интенсивных сортов с показателем интенсивности от 74,1 % до 89,2 % отнесены сорта Прогресс, Факел, Сибирский голозерный, Иртыш 22. В группу полуинтенсивных отнесены образцы овса Скакун, Урал, Памяти Богачкова, Иртыш 21, Сибирский Геркулес, Иртыш 13. К категории экстенсивных сортов отнесли Тарский 2, Уран, Орион (рис. 2).

Как считает Б. А. Доспехов, коэффициент вариации (СV) широко применяется в математических моделях оценок как отдельная определяющая величина, выступающая в роли одного из основных параметров показывающая уровень стабильности генотипа [9]. Чем меньше данный показатель, тем более стабилен сорт по сбору белка. Среднее варьирование признака характерно для сортов Орион, Иртыш 13, Иртыш 21, Тарский 2 и Уран (10 % < CV < 20 %). У остальных сортов изменчивость сбора белка значительная (CV > 20 %). Значительная изменчивость объясняется существенным воздействием (до 50,0 %) условий выращивания [6], [18].

Рис. 2. Интенсивность (И) сортов ярового овса

Fig. 2. The intensity of varieties of spring oats

В настоящее время при измерении широты ареала по исследуемым сортам сбор зачастую используют индекс экологической пластичности, представленный S. A. Eberhart, W. A. Rassel [11], изучаемый набор сортов овса по частоте встречаемости индекса Jsp > 1,0 распределился на 4 группы:

1. Сорта широкого ареала: Факел, Сибирский Геркулес (Jsp > 1,0 в течение 5 лет испытания).
2. Сорта среднего ареала (Jsp > 1,0 в течение 4 лет испытания): Орион, Тарский 2, Уран, Памяти Богачкова.
3. Сорта узкого ареала у (Jsp > 1,0 в течение 3 лет испытания): Урал, Сибирский голозерный.
4. Очень узкого ареала выше (Jsp > 1,0 в течение 0–1 года): Иртыш 13, Иртыш 21, Скакун, Иртыш 22, Прогресс (таблица 3).

Таблица 3

Индекс экологической пластичности сортов овса по сбору белка с единицы площади

Table 3

The index of environmental plasticity of varieties of oats for the collection of protein per unit area