Применение укрывных мульчирующих материалов в селекционном процессе

Введение. В зоне умеренноконтинентального климата с неустойчивым увлажнением Западного Предкавказья, растения сои далеко не всегда находятся в оптимальных условиях произрастания. Они постоянно испытывают действие стрессовых нагрузок разной силы и продолжительности, обусловленных неблагоприятными погодными факторами. К таким факторам относятся: недостаток атмосферных осадков, высокие дневные температуры воздуха, интенсивная ветровая нагрузка, высокая солнечная радиация и др. Любой из вышеперечисленных факторов внешней среды оказывает отрицательное влияние на рост, накопление биомассы и главное - на продуктивность сои. Известно, что в первую половину вегетации (до цветения) соя потребляет 30-35 % воды от общего потребления за вегетацию и проявляет довольно высокую засухоустойчивость. В генеративный период (цветение - налив семян), являющийся критическим для сои по водообеспеченности, растения начинают потреблять в 2-3 раза больше влаги (до 70-80 м3 в сутки) [1].

Засушливые условия второй половины лета – довольно частое явление в зоне проведения исследований. Почвенная и воздушная засухи негативно влияют на рост и развитие растений сои, являются основной причиной их завядания, опадания листьев, частичного или полного опадания генеративных органов. В конечном итоге это приводит к резкому снижению продуктивности агроценозов. Следует отметить, что при стрессовых ситуациях абортивность генеративных органов на разных этапах их развития является защитной реакцией растений сои. Улучше- ние условий водоснабжения, особенно после засухи, стимулирует восстановление её репродуктивных функций [2].

Селекция высокоурожайных сортов сои часто приводит к снижению её стрессо-устойчивости. Причина данного явления в том, что чем больше энергетических ресурсов растение тратит на формирование высокой урожайности, тем меньше их остается для поддержания адаптационных процессов. Полученный в результате искусственной гибридизации селекционный материал, нуждается в постоянном уходе. В течение всей вегетации его необходимо оберегать от неблагоприятных факторов внешней среды, способных привести к стрессу, со всеми вытекающими последствиями: завяданию растений и сбрасыванию генеративных органов. Поэтому новые гибридные популяции сои, дают высокий урожай только при создании для них благоприятных условий, то есть при оптимальной температуре окружающего воздуха, хорошей обеспеченности влагой, элементами минерального питания, при хорошей агротехнике и т.д. [3].

Для растений сои очень важна оптимальная влагообеспеченность в период вегетации, поэтому снижение физического испарения почвенной влаги и сохранение её запасов в корнеобитаемом слое позволит нивелировать неравномерный и неустойчивый характер выпадения осадков. Для достижения данной цели используют традиционные методы: минимизация обработки почвы, пожнивное лущение стерни и др. Однако, в последние годы все большее распространение получают иные влагосберегающие технологии. Например, в овощеводстве широко применяют укрывные материалы, которые позволяют не только снижать испарение влаги, но и препятствуют росту сорной растительности. В связи с этим возникает необходимость изучения данного агроприёма применительно к селекционным севооборотам и культурам, особо реагирующим на недостаток влаги в почве.

Цель данного исследования – оценить степень эффективности использования различных мульчирующих материалов на делянках селекционного питомника, с це- лью снижения стрессовой нагрузки на новые гибридные популяции сои, обусловленной неблагоприятными погодными факторами, повышения надежности селекционного процесса, сокращения сроков выведения новых линий сои.

Материалы и методы исследований. Исследования выполнялись в 2017 и 2018 годах на полях селекционного севооборота Армавирской опытной станции и являлись логическим продолжением изысканий, начатых в 2016 году [4; 5]. Почва опытного участка – чернозем обыкновенный малогумусный мощный тяжелосуглинистый, сформированный на лессовидном тяжелом суглинке. Предшественник в опытах – озимая пшеница. Повторность – четырехкратная, размещение вариантов – рендо-мизированное. Посев линий сои проводился четырехрядной селекционной сеялкой «Клен» (с шириной междурядий 0,7 м), с нормой высева семян 400 тысяч шт. на 1 гектар. Длина делянки – 15 м, ширина – 2,8 м. Общая площадь делянки – 42,0 м².

В процессе исследований оценивались следующие мульчирующие материалы: черный нетканый материал «Агроспан-60», черная полиэтиленовая пленка, мел в виде порошка, черно-серебристая полиэтиленовая пленка и черная пленка, изготовленная на основе биоразлагаемых полимеров. Контрольный вариант – без мульчи.

Влажность почвы определяли в метровом слое, через каждые 10 см термостатновесовым методом. Отбор проб осуществлялся методом конверта в 5-кратной повторности. Сроки отбора проб: после появления всходов сои, в фазу цветения, образования бобов, полного налива бобов и перед уборкой - в соответствии с методикой [6]. Уборка делянок проводилась селекционным комбайном «Sampo-2010».

После получения всходов сои, укрывные материалы («Агроспан», биоразлагаемая и полиэтиленовые пленки) укладывались в междурядья. Следует отметить, что с целью сбора атмосферных осадков с поверхности пленок, междурядья имели дугообразный профиль, позволяющей воде стекать в зону рядов с растениями (рисунок).

Рисунок 1. Мульчирование междурядий пленкой с зеркальной отражающей поверхностью

Нанесение на междурядья порошкообразного мела осуществлялось периодически, с фазы появления всходов - до налива семян. Контрольные делянки возделывались по традиционной технологии.

Результаты и обсуждение. Сложившиеся в 2017-м году погодноклиматические условия характеризовались избыточным увлажнением в начале вегетации (гидротермический коэффициент ГТК=3,89), умеренным увлажнением в июне - июле (ГТК=1,10-1,49) и засушливыми условиями в августе - сентябре (ГТК=0,43-0,20) (таблица 1). Избыток влаги в первой половине вегетационного периода способствовал развитию мощной корневой системы в верхнем слое почвы. К концу вегетации, из-за отсутствия дождей он был полностью иссушен. Данные факторы (иссушение и неразвитость в глубину корневой системы) способствовали преждевременному сбросу части листьев и генеративных органов. 2018 год характеризовался чрезвычайной июньской засухой (ГТК=0,24), способствующей заглублению корневой системы растений в нижние, более влажные горизонты. Дальнейшее улучшение условий водоснабжения, благодаря выпадающим осадкам, стимулировало восстановление репродуктивных функций сои.

Таблица 1. Погодные условия в районе Армавирской опытной станции в 2017-2018 г.

Показатель	Год	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь
Среднемесячная температура воздуха, 0С	2017	16,1	20,7	24,4	25,6	20,5
	2018	19,1	23,0	25,7	24,7	19,3
Количество осадков, мм	2017	194,3	68,1	113,5	34,4	12,0
	2018	75,8	16,3	75,1	50,0	56,1
Гидротермический коэффициент	2017	3,89	1,10	1,49	0,43	0,20
	2018	1,29	0,24	0,94	0,65	0,97

В 2017 году, перед посевом сои запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-30 см, накопленные за весенне-зимний период составляли 52-53 мм. К появлению всходов почва была хорошо увлажнена обильными майскими осадками. Запасы продуктивной влаги достигли уровня 7178 мм, в зависимости от варианта опыта. К моменту образования бобов, данный показатель в пахотном слое почвы уменьшился примерно вдвое, по причине расхода воды растениями и потерями на испарение. При этом, разница в увлажнении участков, покрытых полиэтиленовыми пленками и контролем составила 25-40%. В фазу налива семян различия в степени влагосберегающей эффективности того или иного мульчирующего материала были менее различимы.

В 2018 году запасы продуктивной влаги в пахотном горизонте (0-30 см) в начальный период исследований составляли 40-41 мм. Погодные условия мая привели к незначительному увлажнению почвы и к моменту появления всходов данный показатель возрос до 4351 мм. Июньская засуха способствовала иссушению пахотного слоя в результате активного использования влаги растениями сои, а также её интенсивного испарения с листовой и почвенной поверхности под воздействием солнечного излучения и ветра. При этом, восходящий поток влаги по градиенту всасывающего давления осушал нижележащие (более 1 м) слои почвы, а глубокие трещины (до 50 см) резко снижали степень увлажнения корнеобитаемого слоя. Запасы продуктивной влаги на контрольном варианте в слое 0-30 см упали до минимума: 4 мм. При этом, в вариантах, укрытых пленкой и нетканым материалом данный показатель был выше в 2-3 раза. Увлажнение почвы в фазы налива семян и созревания бобов оставалоь примерно на том же уровне, что и в фазу бобообразования, также сохранялись и различия по вариантам.

Нанесение на поверхность междурядий в качестве мульчи порошкообразного мела или нетканого материала не привели к существенному приросту увлажнения пахотного горизонта, в сравнении с контролем.

К концу вегетации максимальная влагообеспеченность верхнего слоя почвы наблюдалась в варианте с использованием полимерных пленок, которые оказались наиболее эффективными благодаря своей паронепроницаемости. В результате запасы продуктивной влаги в пахотном слое были выше в 2-2,5 раза, чем на открытых участках, однако данный фактор уже не влиял на уровень продуктивности агроценозов.

Приведенные данные подтвердили предположение, что мульчирующие материалы снижают потери влаги на физическое испарение с поверхности почвы. Фактически на прикрытых "мульчей" участках имел место процесс экранирования почвы, способствующий снижению обезвоживания её поверхностного слоя.

Анализируя динамику изменения запасов продуктивной влаги в почве на участках укрытых «мульчей» отметим, что и в 2017 и в 2018 году, по всем фазам развития растений наиболее успешно сохраняла влагу черно-серебристая полиэтиленовая пленка с зеркальной отражающей поверхностью (см. рис. 1). Её высокая влагосберегающая эффективность обусловлена способностью не только хорошо отражать солнечное излучение, но и снижать температуру верхнего слоя почвы. Проведенные нами замеры подтвердили данный тезис.

Оценка уровня освещенности растений и температуры почвы в междурядьях сои проводилась в фазу образования бобов -утром, в полдень и в вечернее время. При измерении освещенности использовали люксметр Testo 540. Учитывалась величина падающего светового потока, а также величина отраженного потока от каждого мульчирующего материала, на расстоянии 5 см от него. Величина свободно падающего света измерялась на высоте 130 см от поверхности почвы и составляла 25000100000 люкс в зависимости от времени учета. Температура почвы под мульчей и на контроле измерялась почвенными термометрами на глубине 5 см. Результаты учетов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Количество отраженного света мульчирующими материалами и температура почвы под мульчей

Время учета	Мульчирующие материалы
	контроль	«Агроспан 60»	черная пленка	мел	биопленка	черно-серебристая пленка
количество отраженного света, лк
06 ч. 00 мин.	140	130	160	600	170	2200
12 ч. 30 мин.	2500	2450	2250	17000	3250	60000
18 ч. 00 мин.	100	80	120	520	170	3100
температура почвы, ˚С
06 ч. 00 мин.	24	24,5	26	24	25	24
12 ч. 30 мин.	39,5	35	37	34,5	36	30,5
18 ч. 00 мин.	32,5	31	32,5	31	32,4	29

Из приведенных данных очевидно, что среди исследуемых материалов черносеребристая пленка обладает наибольшими светоотражательными свойствами и способствует максимальному снижению температуры почвы на 5-сантиметровой глубине. Указанный показатель на открытых участках был в полдень на одну треть выше, чем на участках, покрытых пленкой с зеркальной отражающей поверхностью.

Снижение суточного перепада температуры почвы, несомненно уменьшило стрессовую нагрузку на растения, способствуя повышению надежности селекционного процесса, а также росту продуктивности сои. Данный факт подтверждается оценкой урожайности сои по вариантам опытов. Результаты исследований приведены в таблице 3.

Таблица 3. Урожайность и коэффициент размножения семян сои по вариантам в 2017-

2018 гг.

Вариант опыта	2017 г.		2018 г.
	урожайность, т/га	коэф. размножения семян	урожайность, т/га	коэф. размножения семян
Контроль	2,43	34,7	2,30	32,8
Черный нетканый материал	2,53	36,1	2,40	34,3
Черная полиэтиленовая пленка	2,77	39,6	2,53	36,1
Мел (порошок)	2,68	38,3	2,42	34,6
Черная биоразлагаемая пленка	2,74	39,1	2,52	36,0
Черно-серебристая пленка	2,81	40,1	2,56	36,6

Из приведенных данных следует, что наиболее высокая урожайность и соответственно максимальный коэффициент размножения семян получен на делянках, укрытых пленкой с зеркальной поверхностью. В этом случае контрольные показатели были превышены на 15,6% в 2017 году и на 11,3% в 2018-м. Отметим, что по результатам предыдущих исследований, в условиях 2016 года, указанное превышение составило 22,5% [4]. Объясняется данный факт, прежде всего, различиями в погодных условиях года проведения исследований.

Эффективно сохраняли влагу и способствовали увеличению урожайности сои также варианты с укрытием междурядий черной полиэтиленовой и биоразлагаемой мульчирующими пленками, с прибавками урожайности в 12-14% и 9,5-10% к контролю соответственно в 2017 и 2018 гг. Прирост урожая сои на делянках с порошкообразным мелом и нетканым материалом был не столь существенным. Однако, нетканые материалы, в отличие от пленки, хорошо пропускали атмосферные осадки и воздух, задерживая при этом влагу в почве. Они способствовали быстрому прогреву почвы, были эффективными в борьбе с некоторыми видами сорной растительности. К недостаткам данного способа мульчирования можно отнести следующие: нетканые материалы сдерживают рост не всех видов сорняков (например - вьюнко- вых, корнеотпрысковых); при ветровой нагрузке и интенсивном солнечном излучении почва под данным видом мульчи иссушается, хотя и несколько медленнее, чем на открытых местах.

К недостаткам пленочных укрывных мульчирующих материалов следует отнести и необходимость их утилизации после уборки урожая для подготовки почвы под последующие культуры севооборота. Применение такого мульчирующего материала, который смог бы прослужить до конца вегетационного периода и впоследствии полностью разложиться на безопасные компоненты могло бы решить данную проблему. Поэтому в схему опыта была включена биоразлагаемая пленка. Успешно прослужив до конца вегетации сои, в дальнейшем, при проведении обработки почвы под посев озимой пшеницы, она была легко измельчена на мелкие фракции почвообрабатывающими орудиями. Полный распад биоразлагаемой пленки был отмечен в конце весны следующего года. Таким образом, данный вид укрытий может не только эффективно сохранять почвенную влагу, но и является удобным для утилизации, экологически безопасным мульчирующим материалом.

Таким образом, использование на делянках селекционного питомника укрывных мульчирующих материалов способствует увеличению в 1,10-1,16 раза коэффициента размножения семян. Фенологические наблюдения, проводившиеся в течение трех лет, показывают, что размножение гибридного потомства сои с применением укрывных мульчирующих материалов существенно снижает уровень абор-тивности новых популяций. Эффективность скрещиваний сои повышается в 1,82,1 раза и становится менее зависимой от погодно-климатических условий, сформировавшихся в тот или иной год проведения селекционного процесса. Кроме того, поверхностное мульчирование почвы позволяет сгладить суточные перепады температур, характерные для континентального климата района проведения исследований. Недостаток освещенности, как и излишнее загущение растений также влияет на количество и качество образуемых соей завязей. Использование укрывных пленок с зеркальной отражательной поверхностью увеличивает освещенность бутонов и способствует лучшей их сохранности, что в конечном итоге повышает эффективность селекционного процесса.

Выводы. Анализ результатов проведенных исследований показал, что степень сохранности почвенной влаги зависит не только от возможности мульчирующего материала препятствовать воздушным потерям влаги, но и от его способности отражать солнечный свет, предотвращая перегрев почвы под мульчей. Наибольшую влагосберегающую эффективность показали варианты с укрытием междурядий различными видами пленок, особенно черно-серебристой, с высокой отражательной способностью. Менее эффективно мульчирование междурядий нетканым материалом и мелкодисперсным мелом. Применение биоразлагаемой пленки в качестве мульчи обеспечивает не только сбережение почвенной влаги и соответственно повышенную урожайность, но и полную утилизацию материала микроорганизмами при оставлении его на поле. Показатели урожайности на делянках коррелировали с величиной запасов продуктивной влаги, сохраненной в почве в течение всего периода вегетации растений. Использование в селекционной технологической цепочке мульчирующих материалов позволило повысить коэффициент размножения семян сои в 1,10-1,16 раза. Наиболее существенную прибавку данного показателя к контролю, в каждый год исследований обеспечивали укрывные пленочные материалы. Применение укрывных мульчирующих материалов на делянках селекционного питомника, способствует снижению стрессовой нагрузки на новые гибридные популяции сои, вызванной неблагоприятными погодными факторами. Поверхностное мульчирование почвы позволяет сгладить суточные перепады температур, способствуя более полному сохранению полученных завязей, увеличивая выход гибридного материала, и в конечном итоге - способствует повышению надежности селекционного процесса и сокращению сроков выведения новых линий сои.