Вплив генотипів цукрових буряків, термінів посівної та збирання на вихід цукру (частина 1)

 

Кліматичні зміни мають значний вплив на вирощування цукрових буряків, особливо, в Південній та Центральній Європі. Зміна термінів посівної та збирання врожаю є одними з найбільш широко застосовуваних пристосувань вирощування цукрових буряків до цих змін. Метою даного дослідження було визначити взаємодію дати посівної та генотипів цукрових буряків для різних термінів збирання врожаю з урахуванням тривалості вегетаційного періоду для кожного гібриду з ціллю досягнення найкращих показників та оцінки впливу кліматичних факторів на вихід цукру.

За матеріалами статті на тему «Вплив генотипу цукрових буряків, термінів посівної та збирання та їх взаємодія на вихід цукру» («Effect of sugar beet genotype, planting and harvesting dates and their interaction on sugar yield») Інституту польових та овочевих культур, м. Нові-Сад, Сербія, липень 2018 року.

Для дослідження взаємодії між основними факторами було проведено потрійний варіаційний аналіз та аналіз AMMI (сумарного основного впливу та багаторазової взаємодії). Варіаційний аналіз показав, що генотипи (G), дата посівної (PD), дата збирання (HD) та взаємодія G × PD значно вплинули на вихід цукру в 2016 році. У 2017 році генотипи, дата посівної, дата збирання та взаємодія G x PD суттєво вплинули на вихід цукру на рівні ймовірності 1%, тоді як взаємодія PD × HD вплинула на рівні ймовірності 5%. Результати аналізу AMMI дозволили виділити генотипи з найвищим рівнем стійкості в певні терміни посівної. Гібриди з комбінованою врожайністю та вмістом цукру (тип NZ) повинні мати перевагу під час більш ранньої посівної, порівняно з гібридами цукрових буряків із вищим вмістом цукру (тип Z). Однак під час короткого вегетаційного періоду гібриди типу Z є більш стійкими та демонструють кращі показники виходу цукру. Результати дослідження говорять про те, що затримка початку збирання врожаю зменшує різницю між виходом цукру гібридів, посіяних у різні проміжки часу. Основними факторами, які впливали на вихід цукру в дослідженні, були збільшення суми активних температур, поглинання сонячного випромінювання та кількість днів від посівної до початку збирання врожаю.

Збільшення середньої температури та частоти посух впливають на сільськогосподарське виробництво всієї Європі, однак південна та центральна частини континенту знаходяться в зоні найбільшого ризику. Помірні широти Середньодунайської рівнини та такі країни, як Угорщина, Сербія, Хорватія та Румунія, ймовірно, відчують найбільший вплив зміни клімату, що супроводжуватиметься аномальними літніми спеками та посухами під час вегетаційного періоду без можливості ефективного перенесення вирощування сільськогосподарських культур на інші періоди року. У багатьох регіонах Європи в агрономічних прийомах використовується широкий спектр пристосувань (зрошення, проміжні культури, мінеральне живлення, тощо), щоб мінімізувати негативний вплив зміни клімату на сільськогосподарське виробництво. За даними багатьох дослідників, коригування термінів посівної — найбільш досліджуваний варіант адаптації до кліматичних змін. Потенціал урожайності багатьох культур відчуває значний вплив терміну посівної, оскільки він визначає тривалість вегетаційного періоду та кількість поглинутого сонячного випромінювання.

Ріст та розвиток рослин і, нарешті, врожайність — це результат набору генів, впливу навколишнього середовища та взаємодії цих двох факторів. Феномен взаємодії генотипу з навколишнім середовищем (GEI) завжди присутній у рослинництві, внаслідок чого одні й ті ж самі генотипи проявляють різні результати та показники в різних умовах навколишнього середовища. Навколишнє середовище відрізняється кількістю та якістю вхідних змінних та подразників, які передаються рослинам, включаючи, наприклад, кількість води, поживних речовин або сонячного випромінювання. GEI часто асоціюється та пояснюється генетичною адаптацією та стійкістю. Для дослідження та інтерпретації даного явища та оцінки різних генотипів було використано різні статистичні методи, такі як регресійний аналіз, непараметрична статистика та багатовимірні моделі. Аналіз AMMI — один із найбільш широко використовуваних методів інтерпретації даних GEI, так як він об’єднує дисперсійний аналіз (ANOVA) з аналізом основних компонентів (PCA) в одному методі. На кінцевому етапі AMMI усуває сумарний вплив взаємодії за допомогою ANOVA, а потім аналізує структуру взаємодії за допомогою методу PCA.

Цукровий буряк є основною культурою для виробництва цукру в Європі, оскільки його вирощують в різних умовах навколишнього середовища, успішне виробництво культури часто кидає виклик для селекціонерів та фермерів. Важливим є вибір гібридів цукрових буряків із високим потенціалом врожайності, а також добре адаптовані агрономічні заходи, синхронізовані з вимогами та потребами переробника. У промислових масштабах, найважливішою ознакою цукрових буряків є вихід цукру, який відчуває значний вплив навколишнього середовища та тісно пов’язаний з урожайністю та вмістом цукру.

Різні гібриди цукрових буряків, виведені насіннєвими компаніями, які вирощуються у південній та центральній частині Європи, мають різі вимоги та по різному реагують на вплив навколишнього середовища. У Сербії зазвичай вирощують два типи гібридів: тип Z, із високим вмістом цукру, призначений для раннього збирання; і тип NZ, зі збалансованою врожайністю та вмістом цукру, розрахований на середнє та пізнє збирання. У Сербії посівна цукрових буряків починається в середині березня, закінчується у квітні та може тривати 45 днів. Протягом останніх років збирання та переробка цукрових буряків часто триває приблизно 120 днів, із кінця серпня до початку грудня.

Ураховуючи тривалий період після посівної до початку збирання цукрових буряків, метою даного дослідження було: (І) виявити взаємозв’язок між термінами посівної та гібридами для двох періодів збирання; (ІІ) визначити гібриди буряків із найкращими показниками для конкретного вегетаційного періоду для збільшення виходу цукру; та (ІІІ) визначити вплив параметрів навколишнього середовища на вихід цукру.

Матеріали та методи

Рослинний матеріал

Гібриди, використані в дослідженні, були відібрані для визначення мінливості урожайності та якісних властивостей. У перший рік дослідження були використані (І) нещодавно зареєстровані гібриди, які показали найкращі результати в передреєстраційних дослідженнях у 2016 році, організованих Міністерством сільського господарства Республіки Сербія (Tesla, Grandiosa, Beetle), та (ІІ) гібриди з високою часткою ринку (Tibor, Tajfun). Оскільки нещодавно зареєстровані гібриди не були широко використовуваними, в другий рік польових випробувань досліджувалися гібриди, зареєстровані за останні п’ять років, із високою часткою ринку в 2017 році (Koala, Eduarda, Leopolda, Vandana). Гібриди були виведені різними насіннєвими компаніями і належали до типу Z та NZ (Таблиця 1).

Таблиця 1. Гібриди цукрових буряків, використані у випробуваннях

Гібрид Компанія Тип гібриду* Рік реєстрації Рекомендований термін збирання

Tibor

Tajfun

Tesla

Beetle

Koala

Grandiosa

Eduarda

Leopolda

Vandana

Strube

Maribo

Strube

SES van der Have

SES van der Have

KWS

KWS

KWS

KWS

Z

Z

Z

NZ

Z

NZ

NZ

ZN

NZ

2004

2008

2016

2016

2013

2016

2014

2014

2016

Ранній/середній

Ранній/середній

Ранній/середній

Середній/пізній

Ранній/середній

Середній

Гнучкий

Ранній/середній

Середній

*Тип Z — гібрид із високим вмістом цукру; тип NZ — гібрид зі збалансованою врожайністю та вмістом цукру.

Польові випробування

Випробування проводилися на полях Інституту польових та овочевих культур (м. Нові-Сад, Сербія) протягом 2016 та 2017 років. Експеримент був організований в рандомізованому повноблоковому плані (RCBD) із чотирма повтореннями. Стандартний розмір ділянки становив 20 м2 із чотирма рядами завдовжки 10 м і міжряддям 0,5 м. Тип ґрунту — чорнозем із характеристиками, представленими в Таблиці 2. Посівну проводили в чотири різні терміни (PD) (Таблиця 3), відстань між насінням у рядку складала 0,09 м. Після формування другої пари листочків сходи проріджувалися до рекомендованої густоти посівів 100 тис. шт./га. Під час вегетаційного періоду застосовувались стандартні агрономічні прийоми вирощування цукрових буряків. Збирання виконувалося вручну в два різні терміни (HD) (Таблиця 3). Поєднання різних термінів посівної та збирання розглядалися як різні умови випробувань (Таблиця 3). Урожайність (RY) визначалася шляхом вимірювання маси коренів із двох середніх рядів із перерахунком у т/га. Зразки відібраних коренеплодів аналізувалися в лабораторних умовах для визначення якості буряків. Вміст цукру (SC) визначався за допомогою поляриметричного методу. Вихід цукру (SY) розраховувався за наступним рівнянням: SY = RY × SC.

Таблиця 2. Властивості ґрунту в 2016 та 2017 роках

Рік Гумус (%) pH

P2O5 (мг/100 г)

K2O (мг/100 г)
H2O nKCOL

2016

2017

2,57

2.34

7,23

6,92

8,17

7,82

30,6

20,6

30,9

29,5

Таблиця 3. Поєднання різних термінів посівної та збирання у якості так званих умов випробувань

Терміни посівної Терміни збирання Рік
13 вересня 28 жовтня

18.03.

25.03.

31.03.

13.04.

En1-1-16

En2-1-16

En3-1-16

En4-1-16

En1-2-16

En2-2-16

En3-2-16

En4-2-16
2016

 

18.03.

25.03.

31.03.

13.04.

22 вересня

En1-1-17

En2-1-17

En3-1-17

En4-1-17

7 листопада

En1-2-17

En2-2-17

En3-2-17

En4-2-17

2017

Умови навколишнього середовища

Щоденні дані про максимальну та мінімальну температуру, кількість опадів та сонячного випромінювання було отримано з метеостанції, розташованої менше ніж за 1 км від експериментальних ділянок. Обчислювалася кількість днів (DNo) від посівної до початку збирання. Тепловий час (збільшення суми активних температур, GDD) розраховувався шляхом віднімання порогового значення 3°C від суми добових значень середньої температури, починаючи від посівної до початку збирання. Погодні умови 2016 та 2017 років відрізнялися кількістю опадів, середньою температурою та рівнем сонячного випромінювання (Таблиця 4). У 2016 році кількість опадів та їх поширеність були близькими до щомісячної потреби цукрових буряків. У 2017 році сильна літня посуха та високі температури викликали значний негативний вплив на врожай цукрових буряків. У 2016 році перші осінні заморозки були зафіксовані 6 жовтня, тривалістю 3 дні, тоді як у 2017 році заморозків не було до другого терміну збирання врожаю.

Таблиця 4. Параметри навколишнього середовища

Навколишнє середовище DNo GDD (°C) Сонячне випромінювання (год.) Опади (мм) Температура (°C)
Tmn Tmx Tma

En1-1-16

En2-1-16

En3-1-16

En4-1-16

En1-2-16

En2-2-16

En3-2-16

En4-2-16

En1-1-17

En2-1-17

En3-1-17

En4-1-17

En1-2-17

En2-2-17

En3-2-17

En4-2-17

179

172

166

153

224

217

211

198

181

175

165

157

227

221

211

203

2,755.3

2,725.0

2,689.3

2,524.2

3,195.7

3,165.4

3,129.7

2,964.6

2,954.2

2,902.7

2,816.2

2,743.1

3,354.4

3,302.9

3,216.4

3,143.3

1,499.7

1,461.4

1,427.8

1,323.3

1,718.2

1,679.9

1,646.3

1541.8

1,748.2

1,692.0

1,626.0

1,566.0

2,020.2

1,964.0

1.898.0

1,838.0

380,2

354,4

348,4

346,2

461,8

436,0

430,0

427,8

299,2

299,2

297,0

293,6

335,2

335,2

333,0

329,6

11,83

12,19

12,54

12,87

10,87

11,14

11,38

11,56

11,46

11,83

12,14

12,54

10,25

10,51

10,69

10,94

25,82

26,37

26,78

27,14

24,75

25,15

25,43

25,62

27,45

27,82

28,26

28,69

25,91

26,15

26,43

26,68

18,37

18,82

19,18

19,48

17,31

17,63

17,88

18,02

19,26

19,62

20,00

20,41

17,75

17,98

18,21

18,45

GDD — збільшення суми активних температур, Tmn — мінімальна температура, Tmx — максимальна температура, Tma — середнє арифметичне середньої температури.

Аналіз даних

Дані факторного аналізу ANOVA по виходу цукру було обчислено за допомогою програмного забезпечення Statistica 13 (Dell Inc, 2015, StatSoft, Tulsa, ОК, США) та багаторангових критерій Дункана для виявлення статистично значущих відмінностей. Фактори генотипу, терміни посівної та збирання були фіксованими. Значення P ≤ 0,05 вважалося значущим. Дані GEI були проаналізовані за допомогою основного програмного забезпечення (R Development Core Team, 2013). Аналіз AMMI був завершений за допомогою Excel Biplot Macros. Було обчислено коефіцієнти кореляції Пірсона даних про навколишнє середовище та вихід цукру. Для визначення параметрів навколишнього середовища з виявленням різниці між тривалістю вегетаційного періоду, в кореляційній матриці було використано метод головних компонентів (PCA), розрахований із середніх значень для кожного вегетаційного періоду (R Development Core Team, 2013).


1420