Продуктивный потенциал кукурузы и факторы его реализации в лесостепи Южного Зауралья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.09, доктор сельскохозяйственных наук Панфилов, Алексей Эдуардович

• Панфилов, Алексей Эдуардович
• доктор сельскохозяйственных наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор сельскохозяйственных наук Панфилов, Алексей Эдуардович

Введение.

1 Почвенно-климатические условия региона.

1.1 Общая характеристика почвенного покрова.

1.2 Зональность и гидротермические ресурсы Южного Зауралья.

2 Место кукурузы в зерновом хозяйстве и кормопроизводстве.

2.1 Хозяйственно-биологическая характеристика кукурузы.

2.2 Кукуруза в развитых странах.

2.3 Кукуруза в Зауралье: этапы исследований и развитие отрасли.

3 Программа, методика и условия проведения исследований.

3.1 Программа исследований.

3.2 Методика исследований.

3.3 Почвенные и метеорологические условия.

3.4 Технология закладки опытов.

4 Подбор адаптированных гибридов кукурузы и обоснование его критериев

4.1 Оценка гибридов кукурузы по скороспелости.

4.1.1 Скороспелость гибридов как адаптивный и хозяйственно полезный признак.

4.1.2 Критерии скороспелости.

4.1.3 Продолжительность периода «посев - всходы».

4.1.4 Динамика периода «всходы - выметывание».

4.1.5 Продолжительность генеративного периода.

4.1.6 Варьирование общей продолжительности вегетационного периода.

4.2 Оценка гибридов кукурузы по морфологическим признакам.

4.2.1 Роль морфологических признаков в формировании урожая.

4.2.2 Взаимосвязь продолжительности вегетационного периода с морфологическими признаками.

4.3 Оценка гибридов кукурузы по зерновой продуктивности.

4.3.1 Сравнительная оценка раннеспелых и среднеранних гибридов.

4.3.2 Сравнительная оценка раннеспелых и ультраранних гибридов.

4.3.3 Прогноз действительно возможной урожайности зерна различных по скороспелости гибридов кукурузы.

4.3.4 Динамика уборочной влажности зерна. Обоснование оптимальной продолжительности вегетационного периода.

4.4 Оценка гибридов кукурузы по силосной продуктивности.

4.4.1 Силосная продуктивность и критерии ее оценки.

4.4.2 Оценка гибридов по урожайности сухой массы.

4.4.3 Взаимосвязь скороспелости и качества зеленой массы.

4.5 Адаптивность различных по скороспелости гибридов.

4.5.1 Устойчивость кукурузы к абиотическим стрессорам.

4.5.2 Экологическая пластичность и методы ее анализа.

4.5.3 Оценка гибридов кукурузы по экологической пластичности.

4.6 Зональная классификация гибридов кукурузы по скороспелости. Модели адаптированных гибридов.

5 Оптимизация элементов сортовой агротехники.

5.1 Обоснование оптимальных сроков посева различных по скороспелости биотипов кукурузы.

5.1.1 Роль сроков посева в формировании урожая и управлении его качеством.

5.1.2 Условия вегетации кукурузы при различных сроках посева.

5.1.3 Закономерности развития гибридов кукурузы в зависимости от сроков посева.

5.1.4 Влияние сроков посева на качество зеленой массы и силоса.

5.1.5 Влияние сроков посева на силосную продуктивность кукурузы.

5.1.6 Проблема защиты растений при ранних сроках посева.

5.1.7 Влияние сроков посева на зерновую продуктивность гибридов кукурузы.

5.2 Оптимизация густоты растений при возделывании кукурузы на силос и зерно.

5.2.1 Густота растений, ее регулирование и роль в реализации генотипа.

5.2.2 Динамика развития гибридов кукурузы в зависимости от густоты растений.

5.2.3 Влияние густоты растений на силосную продуктивность гибридов кукурузы.

5.2.4 Влияние густоты растений на зерновую продуктивность гибридов кукурузы.

5.2.5 Экономическое обоснование оптимальной густоты растений.

5.3 Продуктивность кукурузы в полосных посевах с соей.

5.4 Реакция различных по скороспелости гибридов кукурузы на условия минерального питания.

6 Контроль засоренности в посевах кукурузы.

6.1 Противозлаковые гербициды, их выбор и сроки применения.

6.1.1 Почвенные гербициды.

6.1.2 Сроки и способы применения почвенных гербицидов.

6.1.3 Сравнительная эффективность почвенных и листовых граминицидов.

6.2 Взаимодействие агротехнических и химических приемов контроля засоренности.

6.2.1 Севооборот и основная обработка почвы как факторы, определяющие засоренность кукурузы.

6.2.2 Механические приемы защиты кукурузы от сорняков.

6.2.3 Влияние приемов защиты на засоренность кукурузы.

6.2.4 Урожайность кукурузы под влиянием приемов контроля засоренности.

6.2.5 Динамика урожайности кукурузы при систематическом применении приемов контроля засоренности.

7 Экономическая эффективность приемов возделывания кукурузы.

7.1 Экономическая эффективность выращивания различных по скороспелости гибридов кукурузы.

7.2 Экономическая эффективность возделывания кукурузы при различных сроках посева.

7.3 Экономическая эффективность приемов контроля засоренности.

Выводы.

Рекомендации производству.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Продуктивный потенциал кукурузы и факторы его реализации в лесостепи Южного Зауралья»

Несмотря на двухсотлетнюю историю возделывания кукурузы в Зауралье, роль ее в системе кормопроизводства далеко не определена. Ни одна другая культура не вызывала такого разнообразия технологических рекомендаций, меняющихся едва ли не каждое десятилетие, а порой существующих одновременно и полностью исключающих друг друга.

Многообразие причин, вызывающих столь широкий разброс мнений, в конечном счете сводится к различиям в оценке продуктивного потенциала кукурузы и возможности его полноценной реализации в так называемой третьей зоне кукурузосеяния вообще и в Зауралье - в частности. При этом пессимистический вариант оценки оставляет за кукурузой роль травянистого кормового злака с высокой урожайностью зеленой массы, бедной протеином, требующего малооправданных вложений ресурсов и представляющего интерес лишь в качестве источника объемистых кормов.

Следствиями крайнего выражения такого подхода являются, во-первых, направленность технологических и методических рекомендаций на максимальный сбор зеленой массы без особого учета ее качественного содержания; во-вторых, ничем не ограниченное количество вариантов этих рекомендаций - от общепризнанной индустриальной до предельно упрощенной сенажной; в-третьих, тенденция к максимальному удешевлению технологии за счет простого изъятия из нее ресурсоемких элементов; в-четвертых, неизбежный вывод о низкой экономической эффективности кукурузы и необходимости снижения ее доли в структуре кормовых культур.

Противоположный подход к проблеме вытекает из следующих посылок: с одной стороны, кукуруза является универсальной зерновой культурой с высоким продуктивным и адаптивным потенциалом; с другой стороны, этот потенциал может и должен быть успешно реализован в условиях Зауралья для получения как дешевых и качественных высокоэнергетических кормов, так и зерна.

По существу речь идет о двух совершенно различных культурах одного и того же растения, которые в отечественной практике названы не вполне корректно, но образно: «травяная» и «зерновая».

Предлагаемая к защите работа представляет собой обоснование второго подхода. Его обоснованность, по мнению автора, обусловлена уникальным комплексом признаков, принципиально отличающим кукурузу от других растений семейства мятликовых, в том числе и от представителей родственных триб. К ним можно отнести «С4» путь фотосинтеза, своеобразную раздельнополость, при которой мужское и женское соцветия закладываются на побегах с разной динамикой развития, широкую генетически обусловленную вариацию по самым различным признакам, являющуюся резервом для адаптации культуры в большом диапазоне условий.

Именно это сочетание признаков определило в 20-м столетии ведущую роль кукурузы как главного источника дешевой концентрированной обменной энергии. Известно место кукурузы в экономике США. Выход сельского хозяйства стран Западной Европы из послевоенного кризиса также тесно связан с освоением этой культуры в рамках аграрной программы «плана Маршалла». Это, в числе других мер, привело к радикальным системным изменениям в структуре производства, в экономических параметрах отрасли, сыграв определенную роль, например, в так называемом «экономическом чуде» Западной Германии.

История массового кукурузосеяния в Зауралье берет свое начало в середине 50-х годов. Однако, как показывает анализ развития отрасли, возможности кукурузы в регионе за прошедший период использовались в среднем на 2530 %, при закономерно вытекающей убыточности производства.

Перевод отрасли на оптимальный уровень продуктивности и качества предполагает решение комплекса взаимообусловленных задач, направленных на эффективную реализацию генетического потенциала культуры в условиях региона. Центральное место в этом комплексе принадлежит созданию и подбору адаптированных гибридов, достаточно полно использующих агроклиматические ресурсы, обладающих необходимой степенью устойчивости к совокупности неблагоприятных факторов среды, отвечающих определенным технологическим требованиям в зависимости от направления их использования. Современные реестровые гибриды лишь частично соответствуют оптимальным параметрам модели адаптированного биотипа.

Необходимым условием реализации продуктивного потенциала гибридов является, во-первых, оптимизация элементов сортовой агротехники, обусловленных нормой реакции генотипов (сроки посева, густота растений, уровень минерального питания), во-вторых, совершенствование системы защиты растений от вредителей, болезней и сорняков как фактора, обеспечивающего адаптивные функции сортовой агротехники.

Решению этих проблем посвящена представленная диссертационная работа, что определяет ее актуальность для развития кормопроизводства и зернового хозяйства региона. Она является обобщением многолетних исследований, выполненных автором, а также аспирантами и соискателями под его руководством в период с 1984 по 2003 годы. Исследования выполнены в соответствии с государственной научно-технической программой 054.04.02.08т «Усовершенствовать и внедрить индустриальные технологии возделывания кукурузы, обеспечивающие получение высококачественного сырья с содержанием 24-30 % сухого вещества за счет получения початков молочно-восковой спелости при снижении затрат на единицу продукции на 7-10%» (№ гос. регистрации 01870088056); с тематическими планами Курганского научно-исследовательского института сельского хозяйства и Института агроэкологии - филиала Челябинского ГАУ: «Усовершенствовать систему защиты кукурузы от сорняков с учетом ресурсных возможностей и требований экологической безопасности» (№ гос. регистрации 01980001395); «Разработать экологически сбалансированную технологию возделывания кукурузы, обеспечивающую эффективную реализацию потенциала культуры и агроклиматических ресурсов, стабильное производство высокоэнергетических кормов и окупаемость затрат» (№ гос. регистрации 01200312508); с заданием Главного управления сельского хозяйства Челябинской области «Создать адаптированные гибриды кукурузы зернового типа с потенциальной урожайностью 60-70 ц/га и уборочной влажностью зерна 20-25 % и разработать элементы их сортовой агротехники» (№ гос. регистрации 01200315109).

Цель исследований - обоснование интенсивной технологии возделывания кукурузы, обеспечивающей эффективную! реализацию потенциала культуры и агроклиматических ресурсов региона, стабильное производство * высокоэнергетических кормов при урожайности зерна до 7 т/га, сухой массы - до 16 т/га, высокую окупаемость затрат.

Задачи исследований:

-установить зависимость продуктивности кукурузы» от скороспелости биотипов и условий вегетации; обосновать ее действительно возможные уровни и вероятные колебания;

- дать количественную оценку адаптивного потенциала различных по скороспелости гибридов кукурузы, выявить оптимальные значения параметров экологической пластичности и стабильности;:

- разработать модели: адаптиро ванных биотипов кукурузы: для различных направлений использования;

- изучить реакцию различных по скороспелости биотипов^ на элементы сортовой агротехники,, определить их оптимальные параметры в; технологических схемах;

- усовершенствовать систему защиты растений от вредителей; болезней и сорняков применительно? к,агроклиматическим условиям региона- для разных уровней интенсификации технологий;

- дать экономическую оценку технологическим схемам; возделывания кукурузы на сил ос и зерно.

Объект исследований - продуктивность кукурузы как функция ¡скороспелости биотипов, агроэкологических и технологических условий выращивания.

Предметы; исследований - хозяйственно полезные признаки популяций; сортов и гибридов кукурузы, технологические и агроклиматические факторы в их действии на рост, развитие и продуктивность растений.

Научная новизна и теоретическая значимость работы. В результате оптимизации взаимодействия? «среда - генотип - сортовая агротехника» обоснованы^интенсивные технологии возделывания кукурузы на силос и зерно в лесостепной зоне Южного Зауралья. Исследованы корреляционные связи между хозяйственно полезными признаками, дана количественная оценка адаптивных свойств различных по скороспелости; гибридов, разработаны модели адаптированных биотипов кукурузы. Дан анализ использования кукурузой;агроклиматических ресурсов региона и вероятностный прогноз силосной и зерновой продуктивности, изучено ее многолетнее варьирование.

Предложены модифицированная методика оценки .экологической пластичности и стабильности генотипов и зональная=классификация гибридов по скороспелости.

Установлена обусловленность параметров сортовой агротехники свойствами генотипов, прежде всего— скороспелостью. Показан комплементарный характер взаимодействия» различных методов и приемов борьбы с сорняками, связанный с разной избирательностью их действия. Обоснованы схемы;защиты растений от вредителей, болезней и сорняков, дифференцированные по химической и энергетической нагрузке на пашню, рассчитанные на различные уровни продуктивности и экономической эффективности в зависимости от ресурсных возможностей производителей.

На защиту выносятся:

- агроэкологическое и экономическое обоснование оптимальной продолжительности вегетационного периода для гибридов; различных направлений использования и элементов их сортовой агротехники;

- вероятностный прогноз зерновой и силосной продуктивности различных по скороспелости гибридов по агроклиматическим зонам;

- модифицированная методика оценки экологической пластичности и стабильности генотипов;

- зональная классификация гибридов кукурузы по скороспелости и модели адаптированных биотипов;

- технологические схемы контроля засоренности, дифференцированные по затратам и химической нагрузке на пашню.

Практическая значимость и; реализация результатов исследований.

Результаты исследований легли в основу разработки интенсивной технологии возделывания кукурузы, обеспечивающей в лесостепной зоне Зауралья сбор обменной энергии в среднем 90-100 ГДж/га, зерна - 4,5-5,0 т/га, повышение качества и энергетической ценности силоса, снижение потерь питательных веществ в процессе силосования и себестоимости продукции.

Использование зональной классификации гибридов кукурузы по скороспелости и моделей адаптированных биотипов позволит повысить эффективность Государственного сортоиспытания.

Интенсивная технология выращивания раннеспелых гибридов Скандия, Днепровский 141Т, Молдавский 215МВ, Бемо 181СВ на силос реализована в 1987-1988 годах в хозяйствах Курганской области на площади 42-116 тыс. га (приложение 1), в 1987-1991 годах в ОПХ «Батуринское» Шадринского района на площади 1,4-2,2 тыс. га (приложение 2). Технология возделывания скороспелой гибридной комбинации КОС 1492 на зерно внедрена в 2001 году в СХПК «Толсты» Варненского района на площади 50 га (приложение 3).

Материалы диссертации использованы при разработке «Системы земледелия Курганской области» (1988), «Научных основ систем земледелия Курганской области» (2001), областных и региональных научно-практических рекомендаций, учебного пособия и учебно-методических указаний для студентов агрономических факультетов.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы получили положительную оценку на заседаниях Ученого совета Курганского НИИСХ (19851996), зональном совещании по освоению зерновой технологии возделывания кукурузы (Челябинск, 1985), областной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Курган, 1986), VI региональной конференции молодых ученых Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1987), конференции молодых ученых и специалистов (Свердловск, 1988), международных симпозиумах по проблемам селекции и защиты кукурузы (Москва, 1988, 1989), заседании Всесоюзного научно-методического совета по программе «Зерно (кукуруза)» (Кишинев, 1990), зональной научной конференции Курганского СХИ (Курган, 1994), региональной научно-практической конференции, посвященной 100-летшо со дня рождения Т.С. Мальцева (Курган, 1995), научных конференциях Челябинского государственного агроинженерного университета (Челябинск, 1998-2004), Всероссийской научно-практической конференции «Научное наследие Т.С. Мальцева» (Курган, 2000), семинарах проекта Тааэ Р01Ш8 9901 «Внедрение методов минимальной обработки почвы» (Варна, 2000), «Силосование кукурузы» (Магнитогорск, 2000-2002), международной конференции «Интегрированные системы защиты растений. Настоящее и будущее» (Минск, 2002).

Основные положения опубликованы в монографии, 11 сборниках научных трудов, 14 научных и научно-производственных журналах, в том числе «Кукуруза и сорго» (4 статьи), «Сибирский вестник сельскохозяйственной науки» (2 статьи), «Аграрная наука», «Агро-ХХ1», «Земледелие» (по одной статье), материалах международной, региональных и областных научно-практических конференций и совещаний, производственных и методических рекомендациях. Всего по теме диссертации опубликовано 50 работ общим объемом 37 печатных листов.

Автор благодарен кандидату сельскохозяйственных наук И.А. Сикорско-му, И.Н. Цымбаленко, В.Г. Гаркушке за многолетнее научное сотрудничество, доктору сельскохозяйственных наук И.Л. Фрумину, профессору В.А. Липпу за методическое и техническое содействие, оказанное ими в ходе исследований.