Зміна термінів посівної цукрових буряків як адаптація до глобального потепління

 

Виробництво сільськогосподарських культур залежить від швидкості оптимізації генетичних факторів рослин, кліматичних та ґрунтових чинників, а також рівня агрохімікатів. Ці фактори є постійними змінними, так само як і саме виробництво сільськогосподарських рослин. Кліматичні зміни потребуватимуть зміни генетичних ресурсів рослин, а також технологій вирощування. Кліматичні дані останніх десятиліть свідчать про стійке підвищення температури та значні зміни кількості опадів та їх розподілу. Експерименти щодо оптимальних термінів посівної різних сортів цукрових буряків становлять необхідність адаптації до глобального потепління. Дослідження базувалося на багаторічному аналізі кліматичних показників у регіоні м. Корча (Албанія) з аналізом морфологічних, фізіологічних та продуктивних показників сортів цукрових буряків, посіяних у різні терміни. Експериментальні висновки ґрунтуються на статистичному аналізі дисперсії двох факторів (генотипів цукрових буряків х різних термінів посівної). Термін посівної, який по суті визначається оптимальною агрономічною температурою, визначає весь біологічний цикл рослини, впливаючи безпосередньо на морфологію та врожайність рослин. Стійкий розвиток сільського господарства, який визначається довготривалими змінами клімату, вимагає адаптації до цих змін.

За матеріалами наукової статті на тему «Зміна термінів посівної сортів цукрових буряків як адаптація до кліматичних змін» («The change of planting timing to sugar beet cultivars as an adaptation to climate change»), Університету Фан Нолі, м. Корча, Албанія, травень 2020 р.

На відміну від деяких інших сільськогосподарських рослин, виробництво цукрових буряків набагато більше обумовлене кліматичними факторами. Останніми роками їх виробництво значно зменшилося внаслідок високих температур та зміни кількості опадів, тому збільшується необхідність в проведенні додаткових досліджень для мінімізації впливу кліматичних факторів. Незалежно від ступеня адаптації сільськогосподарських рослин до клімату та рівня використовуваних технологій, щорічні коливання кліматичних змінних визначають рівень виробництва. З іншого боку, сільськогосподарські рослини мають різні вимоги до умов вирощування та збільшують цикл свого розвитку в різні пори року, але кліматичні умови не завжди цьому сприяють. Кілька досліджень підтвердили, що кліматичні зміни призведуть до підвищення середньої температури та більшої мінливості опадів у багатьох регіонах земної кулі, включаючи Європу. Результати досліджень вказують на значне потепління приблизно на 1,5°C. Згідно з проведеними дослідженнями, Південна Європа, частиною якої також є Албанія, стає більш посушливою та спекотною з меншою кількістю опадів. Найбільше зміни клімату вплинуть на сільське господарство та сільські райони, особливо через нестачу опадів. Зіставлення з Індексом розвитку людського потенціалу свідчить про те, що у багатьох менш розвинених, а, отже, більш чутливих та менш пристосованих країнах світу клімат, як очікується, зміниться помітніше, ніж у більш розвинених країнах. Наявні знання, що базуються на великому наборі доказів та фактів, показують, що з початку ХХ століття відбулося значне підвищення мінімальних і максимальних температур на більшості проаналізованих сільськогосподарських угіддях. Метою дослідження було проаналізувати кліматичні показники району м. Корча (Албанія), посилаючись на основні показники та їх зміни в часі, особливо температурні зміни під час різних термінів посівної цукрових буряків. Урожайність рослин в агроекосистемах варіюється з року в рік, проте техніка вирощування однакова. Із даної точки зору ця мінливість є результатом прямого або опосередкованого впливу кліматичних факторів, які не залежать від людини. Коливання міжрічних кліматичних елементів безпосередньо впливають на інтенсивність росту та виробництва сільськогосподарських рослин. Визначення та концепція екології виробництва представлені як основа для розробки альтернативної технології виробництва. Польові спостереження, експериментальні та модельні дослідження необхідні для заповнення існуючих прогалин у знаннях щодо економічних наслідків. Існує багато даних про вплив параметрів погоди на розвиток цукрових буряків у результаті досліджень, проведених у контрольованих умовах, або в окремих польових експериментах, але ці дані можуть змінюватися для інших ділянок або більших територій. Залежно від генотипу цукрові буряки можуть значно відрізнятися за врожайністю та якісними характеристиками, на які додатково впливають екологічні умови, оскільки останнім часом стрес від посухи набуває все більшої сили, обмежуючи ріст та змінюючи хімічний склад буряка.

Виробники цукрових буряків повинні оптимізувати терміни посівної та передпосівну обробку ґрунту, щоб забезпечити сприятливі умови для росту та розвитку рослин. Цукровий буряк вважається рослиною з вимогою середніх температур. Оптимальна температура для його росту та розвитку — 18-22°С. Кількість активних температур в умовах регіону м. Корча становить 2500-2800°С. Мінімальна біологічна температура для проростання становить 3-4°С, в цьому випадку проростання триває більше 25-30 днів, тоді як оптимальна агрономічна сільськогосподарська температура для проростання становить 6-7°С, при якій проростання триває приблизно 13-15 днів. Мінімальні шкідливі температури становлять -3-4°С, коли рослина, яка тільки но проросла, знаходиться у фазі сім’ядолі. На практиці це трапляється досить часто, особливо, коли проводиться рання посівна. Умови навколишнього середовища, а саме температура, сонячна радіація, тривалість світлового дня тощо впливають на ріст і розвиток рослин. Проростання рослин є функцією температури ґрунту. Цукрові буряки проростають найшвидше, коли температура повітря та ґрунту коливається в межах 15–25°C. Після появи сходів на їх ріст та розвиток значною мірою впливають температура повітря та підживлення рослин. Для правильного росту рослин і накопичення цукру ідеальною є середня температура близько 20-22°С. Температура вище 30°C уповільнює накопичення цукру. Цукровий буряк не має механізмів саморегуляції для сприяння накопиченню цукру та залежить від зовнішніх подразників та кліматичних факторів, таких як сонячна радіація, температура, вологість та тривалість світлового дня, які значною мірою визначають тип росту та кількість цукру, який накопичується в коренеплодах. Цукрові буряки мають розбіжності між більшою інтенсивністю накопичення цукру та збільшенням маси коренеплодів (врожайності) з точки зору необхідних оптимальних температур. Таким чином, найбільша інтенсивність накопичення цукру відбувається при температурі близько 20°С (18-22°С). При цій температурі накопичення цукру інтенсивно зростає, але ми маємо порівняно повільніше збільшення маси коренеплодів. Найінтенсивніший ріст коренів відбувається при температурі 22-28°С, при якій інтенсивність накопичення цукру відносно зменшується. При температурі вище 30°C урожайність та відсоток цукру зменшуються, оскільки дихання рослин посилюється розчиненням (спалюванням) 30-50% продуктів фотосинтезу. Було виявлено, що зміна між денною та нічною температурою — 23-25°С вдень та 13-15°С вночі — збільшує накопичення цукру в буряках, що відбувається під час нічної прохолоди, оскільки в цих умовах інтенсивність дихання значно зменшується. Негативний вплив високих температур посилюється, коли вони супроводжуються нестачею вологи в ґрунті, що може бути наслідком недостатніх опадів або зрошення. У передзбиральний період, коли випадають рясні опади, особливо після періоду посухи, рослина починає формувати нові листочки, в результаті чого вміст цукру зменшується.

Ми виокремили всі ці елементи, щоб зробити висновок, що термін посівної впливає не тільки на швидкість проростання насіння, але й на інші стадії розвитку цукрових буряків. Таким чином, агротехнічні прийоми, як вважається, мають значний вплив на врожайність та якість буряків, але їх, можливо, доведеться коригувати, щоб забезпечити належні умови для максимізації врожайності та якості цукросировини. Цукровий буряк належить до групи культур, які висіваються рано навесні. Посівну слід проводити, коли температура на глибині 4-5 см становить 6-7°С. У регіоні м. Корча (Албанія) традиційним періодом для посівної цукрових буряків вважається 20 березня - 10 квітня. Останнім часом використання оптимальних термінів посівної набуває особливого значення через факт нестабільної та часто несприятливої погоди в цей період. Посівна в оптимальні терміни забезпечує раннє проростання насіння, відсутність утворення ґрунтової кірки, яка перешкоджає повноцінному та рівномірному проростанню цукрових буряків, зменшення ризиків відносно бурякової блішки (Chaetocnema concinna) та довгоносиків (Bothynoderesres punctiventris), під час проростання рослини краще розвиваються. Влітку рослини стають міцнішими, що дозволяє їм краще переживати посушливі періоди, мають більше часу на повний цикл, а отже, активно ростуть та помітно збільшуються.

Протягом вегетаційного періоду, враховуючи клімат у районі м. Корча, цукровий буряк потребує 2600 - 2800°C, розподілених на:

  • Посівна – проростання 120-150°C
  • Проростання – змикання рядків 600-700°С
  • Змикання рядків – змикання міжрядь 1100-1200°C
  • Змикання міжрядь – технічна зрілість 950-1050°C.

На основі оцінок показників температури повітря та кількості опадів у деяких метеорологічних локаціях поля неподалік м. Корча Національної системи метеорологічного моніторингу за березень та квітень минулого десятиліття та особливо за експериментальні роки 2016-2018 рр. Інститут метрологічних бюлетенів, енергетичних, водних ресурсів та навколишнього середовища зробив деякі висновки. Температури, вимірювані після 1 березня, завжди перевищують біологічний мінімум, якого вимагає цукровий буряк. На основі температурних даних за березень-квітень та порівняно з кліматичними даними (відносно періоду 1961-1990 рр.) більшості метеорологічних станцій температура була приблизно на 0,5-2,5°C вищою норми через тепле повітря та стійкість атмосфери з більшою тривалістю, тоді як у березні 2017 року температура виявилася вищою норми приблизно на 2-4°C. У березні 2018 року погодні умови характеризувалися температурою приблизно на 1,3°C вище норми.

Мета дослідження:

  1. виявити взаємодію між термінами посівної та сортом;
  2. виявити сорт цукрових буряків із найкращими показниками для конкретного вегетаційного періоду як корисний інструмент для збільшення виходу цукру;
  3. визначити вплив змінних навколишнього середовища на вихід цукру.

Матеріали та методи

Дослідження проводилися протягом 2016-2018 років у районі EDE Університету Фан Нолі, м. Корча, за рандомізованою 4-блоковою схемою та включали 3 основні сорти цукрових буряків (Korça 2, Korça Mono 1 та H 137), які висаджувалися в районі м. Корча. Характеристики ґрунту представлені в Таблиці 1. Площа кожної ділянки становила 20 м2 із розмірами 10 х 2 м. На кожній із них буряки висівалися в 4 ряди довжиною 10 м із міжряддям 0,5 м. Посівна відбулася 1-10 березня, 11-20 березня, 21-31 березня та 1-10 квітня.

Таблиця 1. Характеристики ґрунту в 2016, 2017 та 2018 роках

Після розвитку другої пари листочків сходи проріджувалися до остаточної, рекомендованої густоти посіву 110 тис. рослин/га. Протягом вегетаційного періоду застосовувалися стандартні агрономічні прийоми вирощування цукрових буряків. Коренеплоди збиралися вручну. Урожайність (Р) визначалася шляхом вимірювання маси коренів із двох середніх рядків та перераховувалася у т/га. Зразки коренеплодів аналізувалися в лабораторії Факультету сільського господарства Університету Фан Нолі. Вміст цукру (S) вимірювали за методом поляриметрії. Вихід цукру (RS) розраховували за рівнянням: RS = P × S. Під час проведення досліджень проводилися вимірювання, підрахунки, зважування коренеплодів та спостереження за фазами росту рослин, динамікою їх розвитку, контактом із хворобами, визначалися характеристики та виробничі якості тощо. Дані кліматичних індикаторів були взяті із системи метеорологічного моніторингу Національної системи метеорологічного моніторингу м. Корча. Температурні дані аналізувалися шляхом порівнянь із даними за останні 30 та 10 років. Аналіз зосереджувався на періоді з 1 березня по 15 жовтня, оскільки він пов’язаний з вегетаційним періодом цукрових буряків. Підраховувалася кількість днів (Nd1) від посівної до появи сходів та кількість днів (Nd2) від посівної до початку збирання врожаю. Тепловий час (градусо-дні росту, сума активних температур, GDD) обчислювався шляхом підсумовування добових значень середніх температур, від яких віднімалося порогове значення 3°C від посівної до збирання врожаю. Влітку 2016 році кількість опадів та їх розподіл були сприятливими для розвитку цукрових буряків. У 2017 році сильна літня посуха та високі температури мали досить негативний вплив на буряки. У 2018 році спостерігалися помірні кліматичні зміни.

Польові спостереження

Для більш об'єктивного пояснення впливу фактору та терміну посівної на розвиток рослин та їх врожайності слід проводити польові спостереження та біометричні вимірювання рослин, а також підтримувати їх фенофази. Було проаналізовано наступні фенологічні фази:

  1. Термін посівної;
  2. Термін проростання (початок та кінець);
  3. Кількість днів (Nd1) від посівної до проростання;
  4. Кількість днів (Nd2) від проростання до змикання рядків;
  5. Кількість днів (Nd3) від змикання рядків до змикання міжрядь;
  6. Кількість днів (Nd4) від змикання міжрядь до технічної зрілості (придатних до збирання рослин);
  7. Кількість днів (Nd5) від посівної до збирання врожаю (Таблиця 2).

Визначення фенологічних фаз здійснювалося візуально та шляхом підрахунків.

Початковою фазою вважається, коли 10% рослин входять в цю стадію, а завершується вона, коли 75% рослин знаходяться у ній.

Біометричні вимірювання проводилися перед збиранням врожаю (у повному дозріванні), наприкінці визначалися такі показники:

  1. Сезон посівної сортів;
  2. Динаміка росту рослин;
  3. Морфологічна характеристика сортів;
  4. Рівень зараження хворобами;
  5. Виробництво сортів із різними термінами посівної:
  • мага одного коренеплоду (кг)
  • урожайність буряків (т/га)
  • маса листя (т/га)
  • співвідношення коренеплодів до листя
  • загальний цукор (%)
  • вихід цукру (т/га)

Таблиця 2. Короткий огляд параметрів навколишнього середовища

Результати

На основі польових спостережень було отримано експериментальні дані (середні показники за 2016-2018 роки). Періоди вирощування сортів відображені в Таблиці 3. Визначалися:

  1. Терміни посівної;
  2. Дата проростання (початок і кінець);
  3. Кількість днів (Nd1) від посівної до початку проростання;
  4. Кількість днів (Nd2) від початку проростання до змикання листя в рядку;
  5. Кількість днів (Nd3) від змикання листя в рядку до змикання міжрядь;
  6. Кількість днів (Nd4) від змикання міжрядь до технічної зрілості (придатні до збирання рослини);
  7. Кількість днів (Nd5) від посівної до початку збирання врожаю.

Збирання врожаю експериментального виробництва проводилося після визначення технічної зрілості буряків. На основі виробництва та зібраної площі обчислювалася врожайність (середня за 3 роки досліджень), яка представлена в Таблиці 4. Два факторні аналізи дисперсії представлені в Таблицях 5, 6 та 7.

Таблиця 3. Короткий огляд параметрів навколишнього середовища

Таблиця 4. Виробництво сортів цукрових буряків із різними термінами посівної

Таблиця 5. Виробництво цукрових буряків із різними термінами посівної. Урожайність (т/га)

Таблиця 6. Кількість (всього) випробувань сортів цукрових буряків х терміни посівної

Таблиця 7. Статистичний аналіз дисперсії виробництва сортів цукрових буряків, посіяних у різні терміни

На основі дисперсійного аналізу зроблено висновок, що фактори, враховані в дослідженні (генотип цукрових буряків, різні терміни посівної та зв’язок генотип х термін посівної), мають статистично підтверджені зміни. Середнє за три роки виробництво цукрових буряків та цукру порівняно з D.M.V (мінімальною доведеною різницею):

  • D.M.V* (A) = 1,93 (т/га)
  • D.M.V** (A) = 2,58 (т/га)
  • D.M.V* (B) = 2,12 (т/га)
  • D.M.V** (B) = 2,86 (т/га)

* — 95% ймовірність; ** — 99% ймовірність.

Обговорення

У дослідженні визначалася ефективність сортів цукрових буряків у вегетаційні періоди різної тривалості (різні терміни посівної), враховуючи врожайність та вихід цукру в якості основних показників. Щодо термінів посівної, експеримент проводився на основі традиційного періоду проведення посівної цукрових буряків у районі м. Корча (Албанія) та аналізу змін зональних кліматичних показників протягом тривалих періодів часу. Деякі автори зазначають, що чітких висновків можна досягти, лише експериментуючи на основі багаторічного аналізу місцевих кліматичних показників. Для точного прогнозування періоду посівної, баланс температури та вологості ґрунту потрібно обчислювати за допомогою фізичної моделі, заснованої на місцевих історичних погодних даних. Менш вимогливим підходом, більш співзвучним із наявними даними та цілями даного дослідження є використання статистичних методів для проведення співвідношення кліматичних умов та термінів посівної. Терміни посівної мають досить значний вплив на проростання, ріст, розвиток, урожайність та якість цукрових буряків. Щодо фактору терміну посівної, беручи до уваги багаторічний кліматичний аналіз, сучасні традиційні періоди посівної цукрових буряків враховують:

  1. Усунення ризиків заморозків. Деякі автори наголошують, що висаджувати рослини слід тоді, коли температура ґрунту перевищує 4°C, а ризик заморозків дорівнює нулю.
  2. Пізня посівна в квітні приносить проблеми, пов’язані з високими температурами та посухою не тільки під час проростання насіння, але й на інших вегетаційних стадіях розвитку рослин. Особливо високі температури вище 30°C негативно впливають на ріст рослин та вміст цукру.

Серед процесів, які споживають кисень (O2), при 30-35°C збільшується фотореспірація, тоді як процеси, що не використовують кисень, не зазнають жодного впливу. У цьому плані важливим фактором є ризик зараження буряковими блішками (Chaetocnema concinna) та довгоносиками (Bothynoderes punctiventris). Їх негативний вплив спостерігався на сортах, посіяних у квітні. Вплив терміну посівної був досить значним із точки зору періоду появи сходів та протікання наступних вегетаційних фаз. Подібним чином, інші автори також вказували на те, що прогресивно більша врожайність втрачалася через проведення пізньої посівної в квітні. Різні сорти (фактор генотипу) мали різні показники під час проростання, протікання вегетаційних фаз та врожайності. Гібрид H 137 показав переваги за всіма досліджуваними параметрами.  До шести тижнів рослина мала 8-10 листків, крім того пришвидшувався ріст коренеплодів. Починаючи з цієї стадії ріст листя відбувається одночасно з розвитком кореня, який становить все більшу частку загальної сухої маси рослини. На відміну від деяких інших сільськогосподарських рослин, урожайність цукрових буряків набагато більше обумовлена ​​кліматичними факторами. Утворення та накопичення цукру в коренях буряків — проблема, яка ще не знайшла загального для всіх вирішення. Це пов’язано з тим, що досить часто немає повної відповідності між деякими кліматичними факторами, які однаково позитивно впливали б як на інтенсивність росту коренів, так і на інтенсивне накопичення в ньому цукру. Кількість цукру, що утворюється, прямо пропорційна вмісту сухої речовини. Збільшення тривалості вегетаційного періоду за допомогою ранньої посівної збільшило б урожайність буряків шляхом зниження середніх температур протягом вегетаційного періоду в регіонах із найвищою зареєстрованою температурою. У ході експерименту було виявлено розвиток листового апарату, який визначає утворення асимілятів. Було помічено, що спочатку листя росте по дві пари до розвитку четвертої пари листочків, а потім по одному у вигляді спіралі над голівкою коренеплоду. Спочатку листя з’являється кожні 3-4 дні, потім їх поява відбувається кожні 1-2 дні, а наприкінці вегетації їх ріст сповільнюється. Ця інтенсивність підтримується в нормальних умовах, під час яких формується близько 40-50 листків, але в роки несприятливих погодних умов формуються 30-80 листочків. Довговічність листя має особливе значення та залежить від кліматичних умов, а також агротехнічних прийомів, особливо зрошення. Тривалість життя листя складає 25-70 днів. Підтримка «життя» листя має велике значення, оскільки у випадку, коли воно висихає та досить рано пошкоджується на більшості рослин починають формуватися нові листочки, що знижує вміст цукру в буряках. Протягом 3 років досліджень врожайність цукрових буряків зазнала змін, які були пов’язані не лише з температурою та вологістю, але й з кількістю годин сонячного випромінювання. Це підтверджують деякі автори, які підкреслюють, що врожайність культур, посіяних і зібраних у різні терміни, була тісно пов'язана з кількістю сонячної радіації, поглиненої листям. Із точки зору впливу терміну посівної на вміст цукру в буряках, цього ще статистично не доведено, тому ми не можемо дійти чітких висновків. Крім того різні автори мають на це різні погляди. У середньому термін посівної мав незначний вплив на відсоток цукру під час збирання врожаю. Вплив сорту на вміст цукру статистично доведений. Збільшення тривалості вегетаційного періоду (як результат різних термінів посівної та кліматичних змін із року в рік) призвело до збільшення обсягів виробництва буряків та цукру.

Висновки

З обробки експериментальних даних (Таблиця 7) відомо:

  1. Фактор А — Термін посівної забезпечує статистично доведені відмінності з 99% достовірністю (F 370,5**> Таблиця F 4,44 з 99% імовірністю). Найсприятливіший період для проведення посівної цукрових буряків у районі м. Корча — 120 березня. У результаті зміни клімату посівна цукрових буряків повинна проводитися приблизно на десять днів раніше звичайного терміну. Середня урожайність буряків складає 68,7 т/га. На основі D.M.V цей варіант відображав суттєву різницю по відношенню до інших варіантів.

Найвища врожайність цукрових буряків, посіяних 11-20 березня, пояснюється наступними факторами:

  • Цикл врожаю (посівна — дозрівання) сортів цукрових буряків, посіяних 11-20 березня, довший, ніж тих же рослин, посіяних пізніше. Існує позитивний зв’язок між тривалістю циклу врожаю та вирощуванням рослин.
  • Рано посіяні сорти демонструють нижчий рівень зараження хворобами протягом вегетаційного періоду.
  • Довговічність листя довша.

Найбільш ранній термін посівної, 1-10 березня, дав найнижчу врожайність. Середня урожайність коренеплодів склала 58 т/га. Це пояснюється відносно низькими температурами в цей період, які подовжують тривалість періоду проростання насіння та появи сходів, через що рослини стають більш слабкими.

Пізня посівна, 1-10 квітня, також показала низький урожай буряків, подібний до ранньої посівної 1-10 березня, що пояснюється підвищенням температур, як під час проростання насіння та появи сходів, так і під час вегетаційного розвитку рослин.

  1. Фактор B — Сорт цукрових буряків приносить статистично підтверджені варіації з 99% імовірністю врожайності рослин. Ці зміни відображаються на показниках росту, а також на стійкості рослин до хвороб (F розраховано 2913,1**> 5,32 Таблиця F з 99% імовірністю). Гібрид H 137 показав переваги за всіма досліджуваними параметрами. На основі D.M.V цей варіант відображав суттєві відмінності відносно усіх інших варіантів. Різні сорти (фактор генотипу) мали різну швидкість проростання та появи сходів, а також розвиток та врожайність.
  2. Фактор АВ — Термін посівної х сорт цукрових буряків приносить статистично підтверджені варіації з 99% імовірністю (розраховано F 9,77**> 3,41 Таблиця F з 99% імовірністю). Найкращим варіантом виявився цукровий буряк, посіяний 11 березня, — 20 х гібрид H 137. На основі D.M.V цей варіант відображав суттєві відмінності, порівняно з усіма іншими варіантами.
  3. Такі ж статистично підтверджені висновки стосувалися виходу цукру з гектару.
  4. Вплив сорту на вміст цукру в коренях статистично доведений.
  5. Вплив терміну посівної на вміст цукру в коренях статистично не доведено, тому ми не можемо дійти чітких висновків.

1326