Продуктивность гибридов рапса ярового по системе Clearfield®: компаративный анализ методами многомерной статистики

Введение. Рапс является сырьем для производства растительного масла, применяемого в пищевых и технических целях [1]. Он хороший предшественник для многих культур из-за высокой фитосанитарной роли [2], ценный медонос и источник для создания биотоплива, что позволяет снизить использование не возобновляемых запасов природных ресурсов [3].

В условиях аридности климата и высокой конкуренции сорняков при производстве сельскохозяйственных культур значительную роль приобретает возделывание сортов и гибридов, устойчивых к абиотическим и биотическим факторам, так как сорт играет роль экологически безопасного и дешевого фактора повышения продуктивности [4, 5].

Цель исследований – установить продуктивность гибридов нового поколения фирмы Rapool, устойчивых к имидазолинам, и пригодных для возделывания по технологии Clearfield® (КЛ) в условиях Орловской области. Сравнить продуктивность гибридов рапса в совокупности и одновременно по всем показателям с использованием процедуры многомерной обобщенной линейной модели на основе компаративного анализа методами многомерной статистики.

Условия, материалы и методы. Исследования проводили в ООО «Водолей» Свердловского района Орловской области.

Объектами исследований являются гибриды рапса ярового: Чип КЛ представляющий раннюю группу спелости, Циклус КЛ – среднеранний, Цебра КЛ, Культус КЛ, Сальса КЛ, Кюрри КЛ – среднеспелые, Контра КЛ – среднепоздний. Все изучаемые гибриды характеризуются низким содержанием глюкозинолатов и предназначены для выращивания по технологии Clearfield®, способны выдерживать обработку гербицидом НОПАСАРАН.

НОПАСАРАН – гербицид для уничтожения широкого спектра сорняков на рапсе с помощью послевсходовой обработки. Препаративная форма: концентрат суспензии. Действующее вещество: Имазамокс 25 г/л + Метазахлор 375 г/л.

Гибриды посеяны с нормой высева 600 тыс./га. Семена протравлены препаратом Круйзер. Предшественником является озимая пшеница. Осенью под вспашку внесли 150 кг/га диаммофоски (ДАФК) (NPK 10:26:26) АО «ФосАгро». В ее состав входят все три основных элемента питания: азот, фосфор, калий, а также макро- и микроэлементы: сера, магний, кальций и небольшие количества Cu, Zn, Mn, Fe, Si и т.д., повышающие агрономическую ценность удобрения. В опыте проводили поделяночную комбайновую уборку семян рапса.

Почва опытного участка представлена черноземом луговым тяжелосуглинистым с содержанием гумуса 5,6%; рН – 4,8; P 2 O 5 – 158,4; K 2 O – 46 мг/кг.

Климат территории района, относится к умеренно-континентальному с достаточным количеством тепла и влаги, однако с неравномерным распределением осадков, особенно в летние месяцы.

Метеорологические условия вегетационного периода рапса ярового в 2020 году отличались от среднемноголетних данных. Так, весна была слишком затяжной, холодной. В мае отклонение температуры от среднемноголетнего значения составило -2,6°С. Поэтому всходы появились через 16-18 дней после посева, который проведен в третьей декаде апреля на глубину 2-3 см. При этом развитие в начале шло медленно. В то время как сорняки появились уже через 9-10 дней и активно начали вегетацию.

В целом за вегетацию сумма активных температур составила 2690°С. Это незначительно меньше среднемноголетних значений (97,7%).

Осадки в течение всей вегетации рапса выпадали неравномерно. Так, в апреле осадков выпало больше среднемноголетних значений. В мае и июле их выпало 146,3-149,3% к среднемноголетнему значению соответственно. Этот фактор для ярового рапса находился в течение всей вегетации в оптимальном соотношении, что обеспечило полевую всхожесть от 61 до 94% в зависимости от гибрида. Опыт закладывали в трехкратной повторности систематическим расположением делянок [6]. Наблюдения за формированием густоты стояния растений и развитием растений проводили по общепризнанным методикам. Для выявления связи показателей органогенеза и продуктивности рапса использованы многомерные методы статистического анализа. С учетом специфики с.-х. исследований, применялся дисперсионный анализ и его относительно новое направление – процедура обобщенной линейной модели. Кроме того, для использовали многомерный корреляционный анализ.

Результаты и обсуждение. Максимальную всхожесть обеспечили гибриды (КЛ) Культус, Кюрри и Контра – 90-94%. В то же время гибрид Сальса показал минимальную всхожесть – 61%. У гибридов Циклус и Чип всхожесть варьировала в пределах 81-84%.

Продолжительность периода от всходов до листовой розетки составила более 20 дней, что объясняется низкими положительными температурами в течение всего мая месяца. Это привело к задержке роста и развития рапса, и в то же время способствовало активному росту сорняков. Конкурировать с сорняками гибридам рапса было сложно, поэтому была применена обработка гербицидом НОПАСАРАН, который полностью подавил сегетальную растительность.

Против вредителей посевы обработаны системным препаратом Биская – 0,4 л/га. В фазу розетки листьев посевы рапса обработали препаратом Карамба 1л/га – системным фунгицидом с ростостимулирующим действием для контроля альтернариоза и фомоза, повышения устойчивости к полеганию.

Установлено, что в фазу розетки листьев развитие рапса по вариантам опыта существенно не отличалось. Высота растений составила 30-35 см, с хорошо развитой листовой поверхностью у всех гибридов.

Анализ структуры растений рапса ярового на VIII-IX этапе развития по вариантам показывает, что изучаемые гибриды существенно отличались по высоте растений и массе листьев. Так, у гибрида Сальса КЛ высота растений составила 50,2 см, тогда как у гибрида Циклус КЛ – 77,2 см (табл. 1). Масса листьев также варьировала в зависимости гибрида. Наибольшую массу листьев сформировал гибрид Чип КЛ – 542,0 г/растение, тогда как у гибрида Культус КЛ она составила 250 г, что составляет всего 46,1%.

Таблица 1 – Отличительные признаки гибридов рапса ярового (КЛ) на VIII-IX этапе органогенеза

Признак	Гибрид
	Цебра	Чип	Циклус	Культус	Сальса	Контра	Кюрри	Среднее
Масса листьев, г/раст.	348	542	408	250	354	505	540,5	421,1
Высота растений, см	74	62,7	77,2	61,5	50,2	66,3	54,1	63,7
Масса снопа, г/м2	2836	4728	3628	2368	2664	4512	4100	3548

Масса снопа также варьировала в зависимости от гибрида. Гибрид Культус КЛ в фазу цветения сформировал минимальную массу снопа – 2368 г/м2, тогда как гибрид Чип КЛ сформировал максимальную биомассу – 4728 г/м2, что 4,650,0% больше чем другие гибриды.

В результате наших исследований установлено, что максимально мощным габитусом отличались растения рапса к Х-ХI этапу органогенеза. При этом масса растений в среднем составила 5996,6 г/м2, что на 31% больше, чем на предыдущем этапе органогенеза (табл. 2).

Таблица 2 – Структура гибридов рапса(КЛ) на Х-ХI этапе органогенеза

Гибрид	Высота растений, см	Масса растений, г	Кол-во листьев, шт./раст.	Масса стручков, г
Кюрри	142,6	4900	12,9	2240
Контра	141	5316	16,3	3016
Сальса	116	4516	14,7	2804
Культус	143,2	7476	12,2	3848
Циклус	135	7800	12,2	3972
Чип	147	4860	10	2992
Цебра	145,7	7108	16	3888
Среднее	139	5996,6	13,5	3308,6

Гибрид Циклус КЛ сформировал максимальную биомассу – 7800 г, тогда как масса растений гибрида Сальса КЛ составила 4516 г, что на 27,2% меньше. В то же время максимальное количество листьев установлено у гибрида Контра КЛ-16,3 шт. при высоте растений 141 см. При этом высота растений гибрида Чип КЛ была максимальная – 147 см, при облиственности 10 шт./растение. По-видимому, такое соотношение количества листьев и высоты растений связано с их генетической наследственностью, что обуславливает различную структуру растений и соответственно позволяет целеноправленно управлять их продукционным процессом, а также расходованием элементов питания на их продуктивность.

В среднем урожайность рапса при данной технологии составила 3,78 т/га при пересчете на стандартную влажность семян. В то же время раннеспелый гибрид Чип КЛ обеспечил максимальную урожайность среди изученных гибридов – 4,43 т/га. Второй результат по урожайности показал гибрид ЦиклусКЛ – 4,07 т/га. Гибриды (КЛ) Цебра и Культус показали третий результат среди изученных гибридов (табл. 3).

Таблица 3 – Урожайность и качество семян гибридов рапса(КЛ)

Гибрид	Урожайность, т/га	Масличность, %	Сбор масла, л/га
Цебра	4,03	46,9	1890,1
Циклус	4,07	47,8	1945,5
Чип	4,43	46,6	2064,4
Контра	3,13	46,0	1439,8
Кюрри	3,66	45,8	1676,3
Сальса	3,13	44,6	1396
Культус	4,04	45,1	1822
среднее	3,78	46,1	1747,7

Результаты исследований показали, что качество семян также зависело от гибрида. Установлено, что гибрид Циклус КЛ сформировал максимальную биомассу, что обеспечило его высокую масличность – 47,8%, что на 0,9-3,2% больше в сравнении с другими изучаемыми гибридами. Связано это по-видимому с его высокой генотипической отзывчивостью на данную технологию и способностью максимально усваивать элементы питания на формирование высокой масличности и урожайности.

В то же время гибрид Сальса обеспечил минимальный сбор масла – 1396 л/га. Это на 43% меньше, чем гибрид Циклус КЛ. Максимальный сбор масла обеспечил гибрид ЧипКЛ-2064,4 л/га. Гибрид Цебра КЛ обеспечил сбор масла 1890 л/га, что является третьим показателем по сбору масла с единицы площади.

Выполненные выше сравнения урожайности и качества семян гибридов рапса относятся к данным лишь одного, 2020-го года, и не учитывают их возможную изменчивость за более длительный период, обусловленную погодными, климатическими, агротехническими и другими факторами. Кроме того, эти сравнения выполнены по традиционной методике – гибриды рапса сравнивали друг с другом попарно, тогда как использование современных методов статистического анализа, в частности, процедуры многомерной обобщенной линейной модели, позволяет сравнить между собой гибриды рапса, во-первых, не попарно, а в совокупности и, во-вторых, не по каждому в отдельности, а одновременно по всем показателям. Это не только повышает надежность сравнений, но и позволяет получить новые результаты, в частности, выделить группы гибридов с однородными показателями.

Подобная методика оказалась эффективной в наших исследованиях по выбору сроков сева озимой пшеницы в условиях аридизации климата Орловской области. Так, в результате множественного сравнения средних по вариантам опытов в работе [7] было статистически обосновано, что максимумы урожайности и качества зерна пшеницы обеспечивает срок посева на 10 дней позже относительно ранее рекомендуемого для региона, и в то же время определен состав однородных подгрупп вариантов сроков посева по ключевым показателям качества зерна.

Широкое применение многомерных методов статистического анализа в аграрном производстве, однако, во многом ограничено требованием к наличию исходных данных, варьирующим по климатическим, агротехническим и им подобным факторам, которые далеко не всегда имеются в распоряжении исследователя. В то же время, при отсутствии детальных («сырых») данных имеется возможность выполнить их имитацию, основываясь на опыте аналогичных исследований. В частности, в этих целях в работе [8] предложена методика имитации трехкратной повторности, в соответствии с которой исходное множество средних значений изучаемого показателя дополняется двумя множествами: массивом «средних плюс стандартное отклонение» и массивом «средних минус стандартное отклонение». При этом стандартное отклонение предлагается рассчитывать по приводимой в большинстве научных публикаций характеристике уровня значимости разности средних - наименьшей существенной разности (НСР). В тех же случаях, когда подобная информация отсутствует, для расчета стандартного отклонения можно воспользоваться ретроспективными оценками относительной ошибки воспроизводимости показателей по приводимым в литературных источниках «сырым» данным.

Приведем пример. В работе [9] приведены данные по урожайности пяти сортов озимой пшеницы за четыре года. Статистическая обработка этих данных дает следующий вариационный ряд относительной ошибки урожайности (в процентах к средним арифметическим величинам): 3,5; 4,3; 6,0; 2,3; 3,0. В среднем по пяти сортам относительная ошибка урожайности составляет 3,8%, откуда при средней урожайности 45,6 ц/га получаем, что стандартное отклонение составляет в среднем 1,7 ц/га.

В литературном источнике [10] отмечается, что точность опыта в сравнительных опытах в научных учреждениях или вузах считается неудовлетворительной при значении стандартной ошибки среднего значения более 7%; исходя из этого, полученная нами оценка относительной ошибки 3,8% является вполне допустимой и может быть использована в целях имитации повторностей. В этом же источнике отмечается, что точные сравнительные опыты обычно ставят с небольшим числом вариантов (порядка четырех) и в 3-4-кратной повторности. Согласно этому, при имитации «сырых» данных можно ограничиться 3-х кратной повторностью.

Применим описанный прием имитации 3-х кратной повторности для сравнения гибридов рапса по показателям продуктивности - урожайности и сбору масла. Средняя урожайность гибридов рапса по данным таблицы 3 составляет 3,78 т/га, а сбор масла 1747,7 кг/га, отсюда получаем, что стандартное отклонение показателей, в среднем, составляет 0,14 т/га и 66,4 кг/га, соответственно.

На первом этапе анализа выполним сравнение показателей продуктивности гибридов рапса визуально по диаграммам Тьюки - рисунок 1.

а

Рисунок 1 - Распределение показателей продуктивности исследованных гибридов рапса(КЛ): а - урожайность, т/га; б - сбор масла, л/га

б

Из диаграммы рисунка 1а видно, что распределения урожайности гибридов (КЛ) Культус, Цебра и Циклус близки друг к другу, и можно ожидать, что по этому показателю они не различаются статистически и образуют однородную группу. Другую однородную группу по урожайности образуют гибриды Контра и Сальса КЛ. Эти же гибриды – Контра КЛ и Сальса КЛ, скорее всего, образуют однородную группу и по другому показателю продуктивности – сбору масла. Что касается группы, объединяющую гибриды (КЛ) Культус, Цебра и Циклус, то относительно них по диаграмме рисунка 1 б сделать однозначного вывода по второму показателю затруднительно.

На следующем этапе исследования для уточнения состава однородных групп гибридов рапса обратимся к важному аналитическому результату процедуры многомерной обобщенной линейной модели – таблицам однородных подмножеств (табл. 4 и 5), сформированным с применением критерия Тьюки множественного сравнения средних. Из таблиц 4 и 5 следует, что по урожайности гибриды рапса можно объединить в три однородные группы, а по сбору масла – в четыре. Группу гибридов, наиболее продуктивных по обоим показателям, образуют: Чип КЛ, Циклус КЛ и Цебра КЛ, их урожайность – от 4,03 до 4,43 т/га.

Таблица 4 – Однородные подмножества гибридов рапса (КЛ)по урожайности, т/га

Гибрид	Поднабор
	1	2	3
Контра	3,1300
Сальса	3,1300
Кюрри		3,6600
Цебра		4,0300	4,0300
Культус		4,0400	4,0400
Циклус			4,0700
Чип			4,4300

Таблица 5 – Однородные подмножества гибридов рапса (КЛ) по сбору масла, л/га

Гибрид	Поднабор
	1	2	3	4
Сальса	1396,000
Контра	1439,800
Кюрри		1676,300
Культус		1822,000	1822,000
Цебра			1890,100	1890,100
Циклус			1945,500	1945,500
Чип				2064,400

Гибрид Культус КЛ с урожайностью 4,04 т/га также входит в наиболее продуктивную группу, но уступает по другому показателю продуктивности – сбору масла. Гибриды Контра КЛ и Сальса КЛ образуют группу наименее продуктивных гибридов: их урожайность составляет 3,13 т/га, а сбор масла – от 1396 до 1440 л/га. Три гибрида – Кюри КЛ, Цебра КЛ, Культус КЛ – образуют группу «середняков», однако по обоим показателям продуктивности она ближе к группе лидеров, чем к группе аутсайдеров.

Диаграммы Тьюки на рисунке 2 наглядно иллюстрируют распределение показателей продуктивности по однородным группам.

а                                      б

Рисунок 2 – Распределение показателей продуктивности гибридов рапса по однородным группам: а – урожайность, т/га; б – сбор масла, кг/га

Рисунок 3 иллюстрирует высокое качество полученной регрессионной модели.

Рисунок 3 – Корреляция показателей продуктивности гибридов рапса: сплошная прямая – линия регрессии; пунктирные линии – 95% доверительные границы средних значений регрессии

Представленная на рисунке 3 статистическая закономерность интерпретируется следующим образом: в среднем по массиву исследованных гибридов рапса приросту урожайности на 1 т/га отвечает прирост сбора масла 505 кг/га.

Сравнивая данные таблицы 3 по продуктивности гибридов рапса, можно ожидать наличие достаточно сильной корреляции урожайности и сбора масла. Действительно, в результате выполненного нами линейного регрессионного анализа оказалось, что эти показатели связаны регрессионной моделью сбор масла (л/га) = -163,276 + 504,984 * урожайность (т/га), характеризуемой высоким значением коэффициента корреляции 0,981.

Подобный анализ можно также выполнить по показателям органогенеза, полезным был бы также корреляционный анализ показателей продуктивности и органогенеза, но это – самостоятельная задача, решение которой выходит за рамки данной публикации.

Выводы. В условиях Орловской области целесообразно выращивать группу гибридов нового поколения фирмы Rapool по технологии Clearfield® (КЛ) Чип Циклус и Культус. В среднем по массиву исследованных гибридов рапса приросту урожайности на 1 т/га отвечает прирост сбора масла 505 кг/га, что свидетельствует о наличии достаточно сильной корреляции урожайности и сбора масла.