THE OPTIMAL VALUES OF QUANTITATIVE CHARACTERISTICS FOR MAXIMUM RICE PRODUCTIVITY

Рис является одной из самых распространенных в мире сельскохозяйственных культур. Для увеличения его производства необходимо повышать урожайность, поскольку уже использованы все возможные земельные площади. Поэтому повышение потенциала продуктивности это основная цель селекционной работы в современную эпоху. Элементы структуры урожая относятся к таким признакам растения риса, которые напрямую влияют на продуктивность. К ним относятся число метелок на квадратном метре, количество налившихся зерен в метелке и масса каждой зерновки. Теоретическую урожайность можно определить, если перемножить эти величины [1]. На них значительно влияют генетические, погодные, почвенные и другие факторы. Жизненный цикл растений очень сложен и многогранен, изменяясь от совокупности факторов.

Число зерен в метелке контролируется генотипом сорта и густотой стояния. Большинство сортов риса обычно дают от 80 до 140 зерен на метелке; чем больше густота размещения растений, тем меньше число зерен в метелке. Количество зерен в метелке определяется в процессе ее дифференциации. Разреженный стеблестой способствует производству большого количества продуктивных стеблей и зерен на метелке, но из-за генетического предела числа зерновок в метелке, такие растения на полях с пониженной густотой не смогут производить достаточное количество зерна на гектаре. Жизненный цикл растений очень сложный и многогранный, он отражается только совокупностью всех факторов. Поэтому при изучении составляющих компонентов урожайности нужно учитывать все показатели его структуры. Сравнительный анализ компонентов урожайности необходим для моделирования морфотипа растения на базе оптимальных величин элементов структуры урожайности и выведения наиболее продуктивных сортов.

Взаимоотношения между урожайностью  риса и его компонентами широко изучались на фенотипическом уровне. Многие исследователи определили наличие положительных корреляций урожайности с количеством растений на площади, метелок и колосков на растении, а также с массой зерновки [2], [3], [5], [6].

Селекция компонентов урожайности для повышения урожайности зерна может быть более эффективной, если они хорошо наследуются и являются генетически независимыми, а также положительно коррелируют с урожайностью зерна [7]. Однако очень трудно судить о том, является ли наблюдаемая изменчивость в высокой степени наследственной или нет. Кроме того, знание наследуемости необходимо для улучшения с помощью отбора, поскольку оно указывает на возможность передачи признака будущим  поколениям [8].

Высокая и средняя наследуемость и генетический прогресс были зарегистрированы для таких признаков, как продолжительность вегетации, высота растений, длина метелки, количество зерен на метелке, масса метелки и количество метелок на растении. Это предполагает, что эти признаки в первую очередь находятся под генетическим контролем, и отбор по их фенотипическим характеристикам может быть успешным. Урожайность зерна показала значительную положительную корреляцию с количеством побегов на растении (r = 0,58), массой метелки (r = 0,60) и количеством зерен на метелке (r =0,52). Полученные результаты позволяют предположить, что эти признаки можно использовать для селекции на урожайность зерна [9].

Китайские ученые изучили обширный набор данных о признаках 7686 сортов риса, выпущенных с 1978 по 2017 год, для анализа взаимосвязи между урожайностью и другими агрономическими признаками. Они обнаружили, что более высокие значения таких признаков, высота растения, длина метелки, как количество зерен на метелке, масса 1000 зерен, период вегетации, количество метелок на единице площади обеспечили высокие урожаи зерна [10].

Цель исследования – изучить влияние элементов структуры урожая на продуктивность риса контрольного питомника.

Исследования проводились в ОП «Пролетарское» в Пролетарском районе Ростовской области в 2020-2021 гг. Полевые учеты проводили по методике полевого опыта Доспехова Б.А. (2011) [11]. 80 образцов контрольного питомника высевали на делянках площадью 10 м2 засевали в двукратной повторности сеялкой Деметра. Стандарт – сорт Южанин. Учет стеблестоя проводили на закрепленных площадках по всходам и перед уборкой урожая. Определяли густоту стеблестоя, высоту и продуктивность отдельных растений, длину метелок, число зерен на них, массу зерна с делянки и др. Уборку урожая проводили напрямую комбайном КС 575. Урожайность пересчитывали с учетом 14% влажности. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы Excel, построение графиков – в программе Statistica 8.

Высота изучаемых образцов в КП колебалась от 65 до 95 см. Средняя высота составила 81,6 см, на 6,1 см ниже стандарта Южанин (87,7 см). Корреляционный анализ показал, что высота растений риса имела среднюю положительную связь с урожайностью (r=0,34±0,09), низкую с вегетационным периодом (r=0,15±0,09).

Это связано в значительной степени с криволинейными зависимостями. Взаимосвязь высоты растений образцов КП с их урожайностью показана на рисунке 1. Наиболее урожайными, около 7 т/га, были образцы с высотой растений 90-95 см.

Рисунок 1 - Зависимость урожайности от высоты растений образцов КП

DOI:10.23670/IRJ.2022.126.45.1

Метелки у большинства образцов были средними, от 12,0 до 21,3 см (в среднем 14,6), у высокорослых сортов они были длиннее. Корреляция длины метелок с высотой растений составляет 0,39±0,09; продолжительностью вегетационного периода – 0,15±0,05; числом стеблей к уборке – 0,55±0,10, с количеством колосков – 0,32±0,10, с остальными признаками корреляция либо отсутствовала (кустистость, масса стебля), либо принимала отрицательные значения (пустозерность). Максимальная урожайность около 7,8 т/га, формируется у группы образцов со средними плотными метелками длиной 16-18 см, а затем плавно снижается у длиннометельчатых форм (рисунок 2).

Рисунок 2 - Зависимость урожайности от длины метелок образцов КП

DOI:10.23670/IRJ.2022.126.45.2

Продуктивность метелки определяется количеством колосков на ней, поскольку данный компонент структуры урожая закладывается и формируется в первую очередь. Если на ранних этапах развития сформировалось малое количество органов, например колосков, это может быть компенсировано другими органами, которые образуются позже, например увеличением массы зерновки. Поэтому уменьшение урожайности от снижения числа элементов структуры, формирующихся в начале развития, может быть незначительным в результате возможной компенсации.

Наоборот, элементы продуктивности, которые формируются в конце онтогенеза растений, редко могут быть компенсированы, потому уменьшение урожайности может быть существенным. Малое число продуктивных стеблей может компенсироваться в онтогенезе увеличением количества колосков в метелке, меньшее число колосков - повышением массы 1000 зерен [1].

Среднее количество выполненных зерен в КП в среднем за 2 года составило 111,7 штук (от 67,5 до 161,5). Среднее количество колосков на метелке составило 120,7 штук (от 85 до 167), у стандарта Южанин – 130.

Число колосков имеет сильную положительную корреляцию с плотностью метелки (0,84±0,07), среднюю положительную – с массой зерна с метелки (0,57±0,09), массой стебля (0,43±0,08), отрицательную – с числом растений по всходам и к уборке, числом продуктивных стеблей, массой 1000 зерен, с остальными признаками связь была слабой, либо отсутствовала.

Анализ графика зависимости урожайности от количества колосков на метелке показал четырехвершинность, сначала при увеличении числа колосков в метелке средняя урожайность резко возрастает до максимума 7,25 т/га у образцов, имеющих 110-120 колосков на метелке, затем плавно снижается до 6,3 т/га (рисунок 3).

Рисунок 3 - Зависимость урожайности от количества колосков на метелке у образцов КП

DOI:10.23670/IRJ.2022.126.45.3

Масса зерна с метелки у изучаемых образцов в среднем составила 2,87 г и колебалась от 2,03 до 3,96 г, у стандарта Южанин масса зерна с метелки составила в среднем 3,50 г. Масса зерна с метелки имела сильную положительную корреляцию с массой одного стебля (r = 0,92±0,13), среднюю – с количеством колосков (r = 0,57±0,13), количеством зерен (r = 0,56±0,13), массой 1000 зерен (r = 0,39±0,11), высотой растений (r = 0,30±0,11), плотностью метелки (r = 0,25±0,13). Отрицательная средняя корреляция отмечена с количеством растений и стеблей на 1 м2.

Особая роль массы зерновки, сравнительно с другими компонентами урожая, заключается в том, что закладка и формирование зерновки происходит в сжатые сроки и уменьшение ее массы не может быть компенсировано никакими другими элементами урожая. Колебания в массе 1000 зерен были значительными и составляли от 21,4 до 42,1 г, в среднем 29,6 г, что ниже стандарта Южанин – 31,0 г. Этот признак имел среднюю положительную корреляцию с массой зерна с метелки (r = 0,39±0,11), массой 1 стебля (r = 0,41±0,11) и слабую – с высотой растений (r = 0,16±0,08). С остальными признаками связь отсутствовала или была отрицательная. Наибольшая урожайность формировалась у образцов с массой 1000 зерен в пределах 32-36 г (рисунок 4).

Рисунок 4 - Зависимость урожайности от массы 1000 зерен у образцов КП

DOI:10.23670/IRJ.2022.126.45.4

Кустистость колебалась от 1,3 до 2,9 стеблей на растении, в среднем – 2,1. Количество продуктивных стеблей на 1 м2 варьировало по сортам от 93 до 322 (в среднем 194), определяя их урожайность. Наиболее высокая урожайность зерна формировалась при густоте продуктивного стеблестоя 300-350 стеблей на 1 м2 (рисунок 5).

Максимальная урожайность зерна риса формируется тогда, когда количество стеблей на единице площади и число колосков на метелке имеют оптимальные значения: 300-350 шт./м2 и 110-120 шт./метелке, соответственно. Поэтому нужно создавать такие сорта, которые незначительно снижают массу зерна с метелки при увеличении плотности посева. Полученные оптимальные величины можно использовать при формировании модели сорта.

Рисунок 5 - Зависимость урожайности риса от количества продуктивных стеблей на 1 м2

DOI:10.23670/IRJ.2022.126.45.5

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что для достижения высокой продуктивности необязательно стремиться к максимальной выраженности признака, являющегося компонентом структуры урожая. Зачастую, это физиологически невозможно, например масса зерновки и их количество на метелке отрицательно коррелируют. Поэтому необходимо сочетать в растении оптимальные генетически обусловленные величины признаков, которые обеспечивают формирование максимальной урожайности.

1.  Проведен анализ элементов структуры урожая, установлены закономерности их влияния на продуктивность.

2.  Наибольшая урожайность формируется при наличии оптимальных значений признаков: высота – 90-95 см, длина метелок – 16-17 см, количество колосков на метелке – 110-120 штук, масса 1000 зерен – 32-36 г, количество продуктивных стеблей на 1 м2 – 300-350 шт.  

3.  Полученные оптимальные величины можно использовать при формировании модели сорта.