Перспективы использования сверхранних посевов сои в условиях Краснодарского края

Введение. Рост глобальных температур приземного воздуха в последние десятилетия во многих регионах мира стал неоспоримым фактом, который все больше и больше превращается из сугубо научной в экономическую проблему [2, 10, 11, 17, 18, 21]. В связи с невозможностью непосредственного влияния на изменяющийся климат одной из важных задач является обоснование наиболее безопасных и экономически доступных путей приспособления хозяйственной деятельности к глобальному потеплению, включая и сельскохозяйственные сегменты экономик [3, 7]. Западное Предкавказье, куда территориально входит Краснодарский край, является наиболее развитым сельскохозяйственным регионом России. В связи с этим сохранение стабильности сельскохозяйственного производства на Кубани в условиях изменяющегося климата представляет стратегическое значение для всей страны [7].

Многолетние метеорологические наблюдения показывают, что в Краснодарском крае в августе и частично в сентябре отмечается существенный дефицит осадков. Одновременно с этим фиксируются высокие среднесуточные (25-27 °С) и высокие дневные (35-40 °С) температуры воздуха. Такие условия приводят к стремительному иссушению верхнего слоя почвы и развитию позднелетних августовских засух. В последние десятилетия среднесуточные и дневные температуры августа постепенно возрастали, а суммы осадков снижались, складываясь в отчётливую тенденцию потепления и аридизации климатических условий второй половины лета в этом регионе [7].

Одной из сельскохозяйственных культур региона, которая оказалась подвержена негативному влиянию складывающихся изменений климата в регионе, оказалась соя. Частые почвенные и воздушные засухи вызывают уменьшение числа репродуктивных органов на растениях сои, преждевременное прекращение их развития. В отдельных районах Краснодарского края эпизодически отмечается стремительное засыхание листьев вплоть до полной гибели растений. Из-за постепенного увеличения продолжительности и интенсивности летних засух снижается вероятность получения высоких урожаев сои в промышленных посевах и сборов зерна этой культуры в целом по Краснодарскому краю.

Одним из перспективных путей решения этой проблемы могут быть ранние и сверхранние посевы сои, предоставляющие возможность более эффективного использования зимне-весенних запасов влаги в почве, завершения развития растений и формирования урожая семян до наступления пика позднелетних засух, то есть не позднее середины августа [8, 12, 13].

Многочисленными исследованиями установлено, что минимальная температура прорастания семян обычных сортов сои 8-10 °С, оптимальная – 20-22 °С. Молодые растения сои довольно хорошо переносят небольшие весенние заморозки (до -2,5 °С), но большее снижение температуры отрицательно влияет на всходы. Чем ниже температура почвы и воздуха, тем более продолжителен период посев-всходы [1, 5, 15]. В то же время для эффективного выращивания сои при посеве в сверхранние (в условиях Краснодара это III-я декада марта) сроки нужны холодостойкие сорта, способные быстро прорастать и развиваться при пониженных положительных температурах почвы, а также выдерживать кратковременные заморозки на почве на начальных этапах онтогенеза.

Кроме этого, важным фактором адаптации сои к сверхранним посевам является её пониженная фотопериодическая чувствительность к укороченным фотопериодам в апреле. При этом у обычных, фотопериодически высокочувствительных сортов сои даже получасовое сокращение длины дня вызывает заметное снижение высоты растений, сдвигает сроки цветения на более ранний период, нередко приводит к сильному опадению цветков и снижению фертильности пыльцы, а также сокращает период вегетации культуры [5, 12, 16, 17, 18, 22]. В связи с этим для сверхранних сроков посева требуются высокофертильные сорта сои с пониженной чувствительностью к фотопериоду, и прежде всего на начальных этапах онтогенеза.

В последние годы во ВНИИМК развернуты активные исследования фотопериодической чувствительности и холодостойкости сои [8, 9]. В результате исследований и широкой оценки доступного генофонда культурной сои была выделена группа холодостойких, слабо фотопериодически чувствительных сортообразцов, максимально соответствующих предъявляемым к холодостойкому сорту требованиям. Сравнительная характеристика некоторых из них, выращенных при сверхранних и оптимальных сроках посева, и является целью настоящей статьи.

Материал и методы. Под термином «холодостойкость» в данной работе понимали общую способность растительных организмов длительное время переносить низкие положительные температуры (ниже +10 °С), позволяющие им сохранять в пределах нормы структуру протоплазмы и уровень обмена веществ. Термин «морозоустойчивость» употребляли в общепринятом значении, как способность растительного организма выдерживать кратковременные поздневесенние заморозки [6].

Учеты и исследования проводили на ранних сортах сои Альба и Славия селекции ВНИИМК с ранее подтвержденным признаком пониженной фотопериодической чувствительности и предварительно установленной в 2006-2007 гг. повышенной холодостойкостью (далее в тексте – «холодостойкие сорта»). В качестве менее холодостойких и фотопериодически высокочувствительных стандартов (далее в тексте – «обычные сорта») были использованы два контрольных сорта сои разных групп созревания: ранний сорт Лира и средний сорт Вилана, максимально адаптированные к условиям выращивания при оптимальных сроках посева, в центральной зоне Краснодарского края приходящихся на конец апреля – начало мая.

Для уточнения степени морозоустойчивости без модифицирующего влияния холодовой закалки проростков оценку незакалённых растений сои исследуемых сортов проводили в термостате Mir-235 при слабых отрицательных (-1…-2 °С) температурах. Для этого в камере искусственного климата в торфяных горшочках ёмкостью 10 см3 проращивали семена сои до появления семядольных, примордиальных листьев и 1-го тройчатосложного листа. При достижении растениями одной из указанных стадий развития торфяные горшочки с растениями помещали в термостат и в течение суток выдерживали отдельно при температурах 0, -1 и -2 °С. Затем горшочки с растениями в течение суток выдерживали при комнатной температуре и после этого подсчитывали количество выживших растений.

Полевые эксперименты проводили на полях селекционного севооборота центральной экспериментальной базы ВНИИМК. Предшественник сои – озимая пшеница. После уборки предшественника проводили лущение стерни. Основная обработка почвы под сою – улучшенная зябь, включающая дискование на глубину 8-10 см и вспашку на глубину 22-25 см с выравниванием поверхности. Весенняя обработка зяби под сверхранние посевы включала в себя однократную предпосевную культивацию на глубину 4-6 см. При весенней подготовке почвы под оптимальные посевы после появления всходов сорных растений дополнительно проводили ещё одну культивацию на ту же глубину – 4-6 см. Сверхранние посевы в 2008 г. осуществляли 28 марта, в 2009 г. – 30 марта; оптимальные посевы в 2008 и 2009 гг. осуществляли 28 апреля. Все посевы сеяли селекционной сеялкой СКС-6А с междурядьями 70 см. Делянки 4-рядные площадью 14 м2, повторность 4-кратная. Густота стояния растений – 300-350 тыс. шт./га. В течение вегетации культуры проводили 2 междурядные культивации. В фазе 3-х настоящих листьев у сои применяли гербицид пульсар, ВР (40 г/л) с нормой 1,0 л/га. Комбайновую уборку проводили в фазе полного созревания растений при достижении влажности семян в бобах 14-16 %.

Результаты и обсуждение. Погодные условия в годы исследований в целом складывались неблагоприятно для развития сои, высеянной в типичные для этой климатической зоны оптимальные сроки (табл. 1 и 2).

Таблица 1 — Среднемесячные суммы осадков в 2008-2009 гг., мм

Метеостанция «Круглик», г. Краснодар

Год	Месяц												Сумма за год
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
2008	14,9	39,5	68,1	55,1	68,5	51,8	46,7	1,0	76,6	27,4	67,3	29,6	546,5
2009	86,7	49,0	89,2	19,4	92,6	56,9	80,4	11,5	42,1	14,0	86,3	95,7	723,8
Среднее за 30 лет (1978-2007)	64,3	52,2	52,6	52,6	68,9	82,0	57,2	46,1	47,2	58,9	72,8	77,3	732,1

Таблица 2 — Динамика среднемесячных температур воздуха в 2008-2009 гг., °С

Метеостанция «Круглик», г. Краснодар

Год	Месяц												Среднее за год
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
2008	-3,9	1,6	9,9	14,6	16,2	21,5	24,5	26,5	18,8	13,6	8,0	1,2	12,7
2009	-0,6	5,4	6,9	10,7	16,1	23,9	25,6	22,2	18,3	16,0	8,5	4,5	13,1
Среднее за 30 лет (1978-2007)	0,6	0,9	5,4	12,0	17,3	21,0	23,9	23,4	18,3	12,1	5,8	2,0	11,9

В 2008 г. повышенные относительно среднемноголетних значений температуры воздуха в апреле, на фоне близких к среднемноголетней норме сумм осадков в апреле и мае, обеспечили оптимальное развитие сои на начальных стадиях онтогенеза. Суммы осадков в июне-июле оказались несколько ниже среднемноголетних значений, что на фоне повышенных температур воздуха (на 0,5 ºС в июне и 0,6 ºС в июле) ухудшило условия роста сои, и только ранние сорта успели сформировать средний урожай семян.

Практически полное отсутствие осадков (всего 1,0 мм, или 2 % от нормы) на фоне экстремально высоких (выше нормы на 3,1 ºС) температур воздуха в августе вызвало острую воздушнопочвенную засуху, что повлекло за собой значительный недобор урожая семян у средних сортов.

В 2009 г. в марте выпала почти двойная норма осадков, которая сменилась дефицитом осадков в апреле. В мае и июле также выпала полуторная норма осадков. Такие условия увлажнения, как и в предыдущем году, обеспечили оптимальное развитие сои вплоть до фазы налива семян. И только в августе сумма осадков составила всего 11,5 мм, или 20 % от среднемноголетней нормы. Такое распределение осадков в течение вегетационного периода сои, а также обильные осадки в июле в целом позволили сформировать хороший урожай у ранних сортов. Однако дефицит осадков в августе неблагоприятно сказался на наливе семян среднеспелых, особенно незасухоустойчивых сортов сои. В результате сорта этой группы созревания сформировали пониженные урожаи семян.

В то же время в годы исследований динамика роста весенних температур воздуха в марте и апреле в целом опережала среднемноголетнюю (за период 1978-2007 гг.) динамику этого показателя. Например, в 2008 г. средняя температура воздуха в марте составляла 9,9 ºС, что превышало среднемноголетние значения на 4,5 ºС. В апреле этот показатель составил 14,6 ºС, или на 2,6 ºС выше нормы. Весна 2009 г. отличалась более прохладными условиями, но и в этом году температуры воздуха марта были выше на 1,5 ºС по сравнению со среднемноголетними значениями. Более тёплым складывался и апрель, за исключением нескольких дней с ночными заморозками на поверхности почвы от -1,0 до -4,5 ºС, которые и повлияли на невысокие среднемесячные показатели среднемесячной температуры апреля 2009 г.

На основе анализа более чем 90-летних метеорологических наблюдений в Краснодаре, в частности особенностей годового распределения осадков, а также динамики температур в весенний и летний сезоны, был сделан вывод о практической возможности более ранних сроков посева сои – в III декаде мар-та–I декаде апреля. Однако имеющиеся в производстве сорта сои оказались практически не пригодны для непосредственного возделывания при сверхранних сроках посева, поскольку они преимущественно были адаптированы к динамикам температур и длин дня, складывающихся при посеве в оптимальные сроки.

В связи с задачей селекции и подбором специализированных холодостойких сортов сои с повышенной устойчивостью к поздневесенним заморозкам нами был сформирован перечень при- знаков, совокупность которых должна обеспечивать максимальную приспособленность будущих сортов к экстремальным условиям сверхранних сроков посева, включающий:

• -    повышенную активность метаболизма на стадии прорастания семян при пониженных положительных (5-6 °С) температурах почвы, обеспечивающую ранние всходы;

• -    повышенную устойчивость закалённых в естественных условиях растений на начальных этапах онтогенеза (всходы – первый тройчатосложный лист) к кратковременным заморозкам с температурами на поверхности почвы не менее -3 °С;

• -    пониженную фотопериодическую чувствительность растений или фотонейтральность к складывающимся в послевсходовый период (II-III декады апреля) укороченным (13-14 ч) длинам дня.

Взятые для экспериментов ранние сорта сои Славия и Альба ранее нами уже предварительно оценивались в сверхранних посевах и по большинству параметров в целом соответствовали требованиям, предъявляемым к холодостойкому сорту. Промораживание в течение суток растений этих сортов на начальных этапах онтогенеза также показало их повышенную морозоустойчивость.

Так, промораживание растений в фазе семядольных листьев показало, что сорта Альба и Славия отличаются высокой выживаемостью (83 и 90 % соответственно) при температуре -1 °С. Один из контрольных сортов – ранний сорт Лира также отличался высокой выживаемостью при этой температуре. В то же время на контрольном сорте Вилана уже при -1 °С была отмечена полная гибель проростков. Выживаемость проростков сои в фазе семядольных листьев при температуре -2 °С снизилась более чем в 2 раза и составила у сортов Славия и Альба 44 и 36 % соответственно. Выживаемость контрольного сорта Лира в этом варианте составила 14 % (рисунок а ).

При промораживании растений на стадии примордиальных листьев установлено, что контрольные сорта Лира и Вилана уже при температуре -1 °С погибали соответственно на 86 и 100 %. При этом выживаемость сортов Славия и Альба при этом режиме промораживания составила 64 и 59, а при температуре -2 °С – 33 и 27 % соответственно (рисунок б ).

— О—- Вилана         —о— Лира

• Славия          —*— Альба

а

— о-- Вилана          —о— Лира

• Славия          —*— Альба

б

— О-- Вилана —о— Лира • Славия —*— Альба

в

Рисунок – Морозоустойчивость незакалённых растений сои на ранних этапах онтогенеза, 2008 г.

а – стадия семядольных листьев; б – стадия примордиальных листьев;

в – стадия 1-го тройчатосложного листа

Влияние слабых отрицательных температур воздуха на растения сои в фазе полного развития 1-го тройчатосложного листа оказалось менее губительным по сравнению с более ранними этапами онтогенеза. При -1 °С выживаемость растений сортов Славия, Альба и Вилана была полной или почти полной. И только у сорта Лира она составила 59 %. При температуре -2 °С выживаемость растений сортов Славия и Альба также оказалась достаточно высокой, составив 56 и 46 % соответственно.

В целом проведенный эксперимент позволил предположить, что в полевых условиях при посеве в сверхранние сроки на фоне пониженных положительных температур проростки этих сортов получат холодовую закалку и будут способны переносить кратковременные заморозки с ещё более низкими температурами. Кроме этого, выявленная различная реакция на слабые отрицательные температуры сортов Лира и Вилана может указывать на сложную эколого-генетическую организацию признака морозоустойчивости с переопределением его генетической формулы на разных стадиях онтогенеза согласно теории эколого-генетической организации полигенных признаков растений В. А. Драгавцева [4].

Полевые исследования 2008-2009 гг. показали, что при посеве в сверхранние сроки у сортов Славия и Альба период посев-всходы составил 16 суток, что на 1-2 суток меньше по сравнению с ранним сортом Лира и на 8-9 суток – по сравнению со средним сортом Вилана (табл. 3).

Таблица 3 – Периоды прорастания семян и даты появления всходов при сверхранних сроках посева обычных и холодостойких сортов сои

ВНИИМК, 2008-2009 гг.

Сорт	Тип сорта	2008 г., посев 28 марта		2009 г., посев 30 марта
		дата всходов	период посев– всходы, сут.	дата всходов	период посев– всходы, сут.
Лира (ранний контроль)	Обычный	15 апр.	18	16 апр.	17
Вилана (средний контроль)	Обычный	21 апр.	24	24 апр.	25
Славия	Холодостойкий	13 апр.	16	15 апр.	16
Альба	Холодостойкий	13 апр.	16	15 апр.	16

Полученные данные свидетельствуют о более интенсивном прорастании семян холодостойких сортов Славия и Альба на фоне пониженных температур воздуха в I-II декадах апреля по сравнению с обычными нехолодостойкими сортами типа Вилана.

Кроме этого, в 2009 г. растения сортов Славия и Альба, прошедшие на стадии прорастания холодовую закалку в естественных полевых условиях, в день появления всходов (13 апреля) успешно выдержали кратковременные заморозки на почве до -4,5 °С. Повторные заморозки на почве до -4,0 °С 23 апреля также не вызвали никаких повреждений у растений этих сортов, находящихся уже в стадии начала роста примордиальных листьев. Следует отметить, что и растения обычных сортов Лира и Вилана, находящиеся на 23 апреля на стадии семядольных листьев, также в целом успешно перенесли понижение температуры на поверхности почвы до -4,0 °С. Доля погибших растений у этих сортов не превышала 15 %.

При оптимальных сроках посева в конце III декады апреля различий по срокам появления всходов между холодостойкими и обычными сортами сои обнаружено не было. Для всех сортов период посев-всходы в 2008 г. составил 14 суток, а в 2009 г. – 10 суток.

Фаза начала налива семян у холодостойких сортов при посеве в сверхранние сроки наступала в конце июня на фоне умеренных температур воздуха. При этом созревание холодостойких сортов в оба года испытаний наступало в I декаде августа. Следует отметить, что ранний сорт-контроль Лира созрел ещё раньше: в 2008 г. – 28 июля, в 2009 г. – 1 августа. Однако средний контрольный сорт Вилана созревал в 2008 и 2009 гг. уже на пиках позднелетних засух – 19 и 26 августа соответственно. При этом в острозасушливом 2008 г. наступление фаз налива семян и созревания у сорта Вилана были ускорены длительным дефицитом осадков (табл. 4).

Фаза налива семян всех сортов, посеянных в оптимальные календарные сроки, наступала в I-III декадах июля в условиях высоких дневных и среднесуточных температур воздуха. Созревание всех сортов сои оптимального срока посева в зависимости от группы созревания наступало во II декаде августа – I декаде сентября – на пике позднелетнего дефицита осадков, к тому же усугубленного сохраняющимися высокими дневными температурами воздуха.

Таблица 4 – Даты наступления фаз налива семян и полного созревания обычных и холодостойких сортов при посеве в сверхранние и оптимальные сроки

ВНИИМК, 2008-2009 гг.

Сорт	Тип сорта	2008 г.		2009 г.
		налив семян	полное созревание	налив семян	полное созревание
Сверхранний посев
Лира (ранний контроль)	Обычный	II декада июня	28 июля	III декада июня	1 авг.
Вилана (средний контроль)	Обычный	III декада июня	19 авг.	I декада июля	26 авг.
Славия	Холодостойкий	III декада июня	5 авг.	III декада июня	8 авг.
Альба	Холодостойкий	III декада июня	8 авг.	III декада июня	10 авг.
Оптимальный посев
ира ранний контроль)	Обычный	I декада июля	15 авг.	I декада июля	22 авг.
Вилана (средний контроль)	Обычный	III декада июля	5 сент.	III декада июля	10 сент.
Славия	Холодостойкий	II декада июля	19 авг.	II декада июля	31 авг.
Альба	Холодостойкий	II декада июля	21 авг.	II декада июля	1 сент.

Изменение фотопериодических и температурных условий выращивания сои при сверхранних сроках посева оказало заметное влияние на высоту растений (табл. 5).

Таблица 5 – Высота растений обычных и холодостойких сортов сои при сверхранних и оптимальных сроках посева

ВНИИМК, 2008-2009 гг.

Сорт	Тип сорта	Высота растения, см
		2008 г.		2009 г.
		сверхранний посев	оптимальный посев	сверхранний посев	оптимальный посев
Лира (ранний контроль)	Обычный	51	59	48	68
Вилана (средний контроль)	Обычный	56	77	77	116
Славия	Холодостойкий	91	80	110	120
Альба	Холодостойкий	87	78	112	122

Как следует из данных, представленных в таблице 5, в целом при сверхранних сроках посева отмечалось снижение высоты растений сои относительно этого же показателя у растений, выращенных при оптимальных сроках посева, наиболее выраженное в 2008 г., характеризовавшемся меньшим количеством выпавших летом осадков.

Наименее чувствительными к изменению условий выращивания по признаку высоты растений оказались холодостойкие сорта Славия и Альба. В 2008 г. на фоне острой позднелетней засухи высота растений этих сортов при сверхраннем сроке посева оказалась даже выше на 12-14 % по сравнению с растениями оптимального срока посева. При этом высота обычных сортов сои в сверхранних посевах даже на фоне сокращения уменьшения этого показателя у растений оптимального срока из-за дефицита влаги в почве была на 14-27 % ниже по сравнению с растениями оптимального срока. В целом аналогичная тенденция сохранялась и в 2009 г. с несколько большим количеством осадков в летний сезон.

Таким образом, высота растений холодостойких сортов Славия и Альба при сверхраннем и оптимальном сроках посева отличалась незначительно (всего на 8 %), тогда как различия по высоте растений сверхраннего и оптимального сроков посева у обычных сортов Лира и Вилана достигали 29-34 %.

Урожайность изучаемых сортов сои была различной. Сверхранние сроки посева обычных сортов сои приводили или к снижению их урожайности, как у раннего контроля – сорта Лира, или не обеспечивали дополнительной прибавки урожая, как у среднего контроля – сорта Вилана. При этом посев холодостойких сортов сои Славия и Альба в сверхранние сроки обеспечивал достоверные прибавки урожая, составлявшие в 2008 г. 0,43 и 0,53 т/га, а в 2009 г. – 0,68 и 0,30 т/га соответственно (табл. 6).

Таблица 6 – Урожайность обычных и холодостойких сортов сои при сверхранних и оптимальных сроках посева

ВНИИМК, 2008-2009 гг.

Срок посева (фактор А)	Сорт (фактор В)	Тип сорта	Урожайность, т/га
			2008 г.	2009 г.
Сверхранний	Лира	Обычный	1,47	2,27
	Вилана	Обычный	1,78	3,11
	Славия	Холодостойкий	2,05	3,15
	Альба	Холодостойкий	2,23	3,10
Оптимальный	Лира	Обычный	2,06	2,70
	Вилана	Обычный	1,74	2,99
	Славия	Холодостойкий	1,62	2,47
	Альба	Холодостойкий	1,70	2,80
НСР05 по фактору А			0,06	0,10
НСР05 по фактору В			0,08	0,14
НСР05 частных средних (взаимодействие АВ)			0,11	0,20

Повышенная урожайность холодостойких сортов при посеве в сверхранние сроки, по всей вероятности, формировалась за счёт более эффективного использования зимне-весенних запасов влаги в почве и выпавших в период вегетации осадков, а также за счёт созревания до наступления пика позднелетних засух.

Выводы. Проведенные в 2008-2009 гг. на центральной экспериментальной базе ВНИИМК исследования позволили установить, что использование холодостойких, с пониженной фотопериодической чувствительностью сортов сои для посева в сверхранние сроки дает возможность получать всходы уже в середине апреля. Пониженная фотопериодическая реакция растений таких сортов на начальных этапах роста частично нивелирует негативный эффект укороченных длин дня в апреле. В результате растения сои сверхранних сроков посева, полученные из семян с генетически детерминированными признаками холодостойкости и пониженной фотопериодической чувствительности, сохраняют близкую к типичной для оптимальных условий высоту побегов. Смещение на более ранний период всех этапов онтогенеза сои при посеве в сверхранние сроки позволяет более полно и эффективно использовать зимне-весенние запасы влаги в почве и выпавшие в период вегетации осадки. Критические по водопотреблению фазы развития растений (формирование бобов и налив семян) завершаются до наступления пиков типичных позднелетних засух, позволяя сформировать повышенный урожай зерна.