Selection of early ripening maize hybrids based on the results of evaluation in the conditions of the Central Black Earth Region

Research article
DOI:
https://doi.org/10.60797/IRJ.2024.147.114
Issue: № 9 (147), 2024
Suggested:
04.09.2024
Accepted:
10.09.2024
Published:
17.09.2024
287
15
XML
PDF

Abstract

The work presents the results of testing early ripening (FAO 150-170) maize hybrids. The aim of the research is to study the yield potential and harvest moisture content of hybrids' grain in different meteorological conditions to identify the most promising genotypes. The object of study were 96 three-line maize hybrids of own selection, the method of obtaining hybrids – interlinear hybridization. Methods of research – field, statistical. Hybrids were tested in 2021-2023 in the conditions of the forest-steppe zone of the Central Black Earth Region. Meteorological conditions were contrasting, HTC annually varied by months from 0.13...0.24 to 1.13...3.01. It was found that conditions were favourable for grain yield formation in 2023 (Ij=+0.78) and 2022 (Ij=+0.11), while in 2021 (Ij=-0.87) they were limiting. The conditions in 2021 (Ij=-3.50) favoured the hybrids to achieve low grain moisture content, and conditions in 2022 (Ij=+1.80) and 2023 (Ij=+1.50) did not favour moisture content. According to the results of variance analysis of two-factor experiment it was found that the genotype had the greatest influence on the formation of grain yield (43.87%), the greatest contribution to the variability of harvested grain moisture content was made by vegetation conditions (46.87%). The strong variability (V=21.07%) of hybrid yield by years and average (V=16.89%) by grain moisture content were identified. Competitive hybrids, statistically significantly exceeding the standard simultaneously by yield and harvested grain moisture content, were selected: 1045-08 and 1044-65. Hybrids with high plasticity (1044-65, 1045-65 and 1045-08) were determined and proposed for intensive growing conditions. Stable hybrids (1044-08, 1081-08, 1044-82) were found and suggested for cultivation under extensive conditions.

1. Введение

В Российской Федерации отмечается устойчивый рост объема потребления зерна кукурузы как на продовольственные нужды, так и на корм животным. Общий объем потребления за последнее десятилетие вырос с 8100 тыс. тонн в 2014 г. до 11600 тыс. тонн в 2023 г.

. Большую часть составляют расходы на кормовые цели, по годам они варьируют в пределах 87-93% от общего количества. Это обусловлено динамичным развитием отрасли животноводства и частичным переориентированием с потребления пшеницы, ячменя и некоторых других зерновых культур на потребление кукурузы.

Решение проблемы увеличения производства зерна кукурузы и обеспечения стабильно высоких сборов возможно несколькими путями: расширением посевных площадей под культурой, соблюдением технологии ее возделывания (посев в оптимальные сроки и с оптимальной густотой стояния растений, внесение удобрений и стимуляторов роста, борьба с сорняками, применение орошения и др.), а также внедрением на поля новых высокопродуктивных гибридов, адаптированных к менее благоприятным районам и системам возделывания, обеспечивающих стабильную урожайность в различных экологических условиях.

Одним из наиболее важных направлений в селекции кукурузы в нашей стране является создание раннеспелых гибридов

,
. Основная его цель – выведение гибридов, обладающих способностью формировать урожай за короткий период вегетации
,
. Ценность раннеспелых гибридов состоит в возможности обеспечения более ранней уборки и освобождения площадей под озимые культуры, качественной очистке початков от оберток и хорошем обмолоте при уборке напрямую. Такие гибриды позволяют существенно сократить затраты на транспортировку и послеуборочное досушивание урожая
,
. В южных регионах раннеспелые гибриды используются в пожнивных и поукосных посевах, а также в качестве основной культуры в условиях засухи, когда более поздние гибриды из-за дефицита влаги не могут в полной мере реализовать свой генетический потенциал
. В регионах с ограниченной обеспеченностью тепловыми ресурсами они способствуют расширению зоны возделывания кукурузы
,
.

Но вместе с тем, создание раннеспелых гибридов является одной из наиболее трудных задач в селекции кукурузы. Трудность состоит в необходимости преодоления отрицательной корреляции между продолжительностью вегетационного периода и продуктивностью

,
.   В этой связи создание и выделение гибридов с коротким периодом вегетации и возможно максимальной продуктивностью представляется актуальным.

Цель исследований – оценить хозяйственную ценность и адаптивность нового поколения раннеспелых гибридов кукурузы в условиях Центрально-Черноземного региона в контрастные по метеорологическим условиям годы и выделить перспективные генотипы, обеспечивающие стабильный урожай и низкую влажность зерна на момент сбора урожая.

2. Материалы и методы исследований

На протяжении 2021-2023 гг. изучалась продуктивность и другие хозяйственные показатели 96 раннеспелых (ФАО 150-170) трехлинейных гибридов, полученных в результате скрещиваний новых инбредных линий собственной селекции.

Полевые опыты закладывались на полях селекционного севооборота Воронежского филиала ФГБНУ ВНИИ кукурузы, расположенного в п. Опытное Воронежской области в условиях, типичных для лесостепной зоны Центрально-Черноземного региона РФ. Согласно результатов агрохимического и эколого-токсикологического обследования почв сельскохозяйственных угодий 2021 г., почва опытного участка представлена черноземом типичным глинистым среднемощным. В пахотном слое (0-20 cм) содержится 5,8% гумуса, что характеризует почву как малогумусную.  Степень кислотности почвы – слабокислая, рН=5,1. Содержание Р2О5 составляет 91 мг/кг, К2О – 127 мг/кг почвы, степень обеспеченности почвы подвижными формами питательных веществ по фосфору средняя и по калию высокая.

Испытание гибридов проводилось в контрольном питомнике на 2-рядковых делянках с площадью 7 м2 при 3-кратной повторности и единой густоте 65,2 тыс/га. Агротехника на опытных делянках соответствовала принятой в зоне и была направлена на оптимизацию роста и развития растений. Предшественник – яровой ячмень. Посев проводился в оптимальные для каждого года срока: 1-2 декада мая. Уборка проводилась после созревания стандарта, урожайность приведена к стандартной влажности. Фенологические наблюдения, полевые оценки и учеты проводились согласно «Методики государственного сортоиспытания» (1989).

Обработка экспериментальных данных, которая включала проведение двухфакторного дисперсионного анализа и расчет коэффициентов вариации урожайности и уборочной влажности зерна, была выполнена по Доспехову Б.А. (2011) с использованием табличного процессора MS Excel 2016. Анализ адаптивности гибридов выполнен по показателям пластичности и стабильности: коэффициент линейной регрессии (bi), среднее квадратичное отклонение от линии регрессии (Sd2) и индекс условий среды (Ij) рассчитывали по методике S.A. Eberhart, Russel W.A. в изложении В.А. Зыкина (1984), показатели стрессоустойчивости (Ymin–Ymax) и генетической гибкости ((Ymin–Ymax)/2) – по уравнению A.A. Rossielle, J. Hamblin, описанном А.А. Гончаренко (2005), индекс стабильности (ИС) и показатель уровня стабильности сорта (ПУСС) – по Э.Д. Неттевичу (1985).

3. Результаты и обсуждение

Метеорологические 2021-2023 гг. характеризовались нестабильностью температурного режима и увлажнения. Наиболее благоприятным по теплообеспеченности оказался 2021 г., в котором сумма эффективных температур за период вегетации составила 1478,0 оС, что выше нормы на 124,5 оС.  В 2022 и 2023 гг. наблюдался пониженный температурный фон, недобор эффективных температур составил 150,5 и 101,5 оС соответственно (таблица 1). Влагообеспеченность в целом за период вегетации во все годы исследований была близка к среднемноголетним значениям, но отличалась по декадам и месяцам, особенно в критические по водопотреблению периоды. Установлено, что гидротермический коэффициент (ГТК) в разные годы изменялся по месяцам от 0,13…0,24 до 1,13…3,01 (рисунок 1). Растения кукурузы наиболее чувствительны к дефициту влаги в период, начинающийся за 10 суток до выметывания и заканчивающийся через 10 суток после цветения, в условиях проведения опытов этот период для скороспелых форм приходился на июль. В 2021 г. гидротермические условия в фазы выметывания и цветения растений кукурузы складывались крайне неблагоприятно, они расцениваются как сильно засушливые, ГТК июля составил всего 0,27. Более благоприятным этот период был в 2022 г., когда ГТК июля составил 0,83. А наиболее удачно погодные условия складывались в 2023 г., когда в июле наблюдалось избыточное увлажнение (ГТК=2,2).

Таблица 1 - Метеорологические условия вегетационного периода 2021-2023 гг.

Период

Год

Сумма эффективных температур, оС

Сумма осадков, мм

Май

2021

194,3

60,9

2022

71,3

39,0

2023

158,5

17,8

норма

228,5

45,6

Июнь

2021

330,4

97,5

2022

314,2

55,4

2023

224,6

73,0

норма

290,1

65,2

Июль

2021

430,1

20,5

2022

338,8

54,0

2023

326,7

139,9

норма

339,7

58,4

Август

2021

429,9

9,9

2022

414,8

20,0

2023

359,7

37,1

норма

332,3

42,1

Сентябрь

2021

93,3

98,6

2022

63,9

118,0

2023

182,6

2,0

норма

170,8

60,3

За период вегетации

2021

1478,0

287,4

2022

1203,0

286,4

2023

1252,0

269,8

норма

1353,5

271,7

Гидротермический коэффициент вегетационного периода в 2021-2023 гг.

Рисунок 1 - Гидротермический коэффициент вегетационного периода в 2021-2023 гг.

Расчет индекса условий среды подтвердил, что в 2021 г. (Ij=-0,87) метеорологические условия неблагоприятно влияли на формирование урожая зерна гибридов, а условия 2022 г. (Ij=+0,11) и 2023 г. (Ij=+0,78) способствовали получению высокого урожая. Напротив, условия 2021 г. способствовали достижению низкой влажности зерна гибридами, об этом свидетельствует отрицательное значение индекса (Ij=-3,50). А в 2022 г. (Ij=+1,80) и 2023 г. (Ij=+1,50) они препятствовали влагоотдаче зерна при созревании. Таким образом, метеорологические условия в годы проведения опытов значительно отличались по тепло- и влагообеспеченности, что позволило определить реакцию изучаемых гибридов на изменения условий выращивания.

Результаты дисперсионного анализа по урожайности и уборочной влажности зерна выявили достоверность влияния изучаемых факторов и их взаимодействия на результирующий признак при уровне значимости 95% (Fфакт.>F0.05) (таблица 2). Урожайность в нашем опыте в большей степени определялась генотипом (43,87%), чем условиями выращивания (29,37%) и взаимодействием факторов (22,80%). На уровень уборочной влажности сильнее влияли условия среды (46,87%), хотя доля влияния генотипа (35,18%) также была значительна.

Таблица 2 - Результаты дисперсионного анализа двухфакторного опыта по урожайности и уборочной влажности зерна гибридов кукурузы, 2021-2023 гг.

Источник варьирования

Сумма квадратов (SS)

Степени свободы (df)

Средний квадрат (mS)

F-фактор

Доля влияния фактора, % 

Fфакт.

F05

Урожайность зерна

Общее

1338,63

863

– 

– 

 

– 

Повторности

2,60

2

– 

– 

 

0,20

Фактор 1 (среда)

393,21

2

196,61

2240,82*

3,01

29,37

Фактор 2 (генотип)

587,21

95

6,18

70,45*

1,28

43,87

Взаимодействие

305,25

190

1,61

18,31*

1,21

22,80

Остаточное

50,36

574

0,09

 

 

3,76

НСР05: частных средних – 0,47 т/га; по 1 фактору – 0,05 т/га; по 2 фактору – 0,27 т/га.

Уборочная влажность зерна

– 

Общее

10691,75

863

– 

– 

– 

– 

Повторности

2,49

2

– 

– 

– 

Фактор 1 (среда)

5010,77

2

2505,39

2445,10*

3,01

46,87

Фактор 2 (генотип)

3761,24

95

39,59

38,64*

1,28

35,18

Взаимодействие

1329,09

190

7,00

6,83*

1,21

12,43

Остаточное

588,15

574

1,02

– 

– 

5,50

НСР05: частных средних – 1,62 %; по 1 фактору – 0,17 %; по 2 фактору – 0,94 %.

Примечание: * – значение показателя статистически значимо при p < 0,05

Результаты испытания показали, что гибриды значительно отличались по среднепопуляционной урожайности. Так, в лимитированных условиях 2021 г. гибриды в среднем показали минимальную урожайность 4,83 т/га с колебаниями по гибридам в пределах 2,54-6,96 т/га (таблица 3). В более благоприятных погодных условиях 2022 и 2023 гг. средняя урожайность выросла до 5,81 т /га (lim 3,20-8,43т/га) и 6,48 т/га (lim 4,04-8,78 т/га) соответственно. Коэффициент вариации урожайности по годам был значительным и составил 21,07 %, что соответствует сильной степени вариабельности.

Варьирование уборочной влажности зерна по годам составило 16,89%, что соответствует среднему уровню изменчивости.  Наименьшая средняя влажность (17,10%) получена в 2021 г. с разбросом по гибридам от 12,20 до 25,20%. Влажность зерна в 2022 и 2023 гг. была сходной и в среднем составила 22,40% (lim 16,50-28,00%) и 22,10% (lim 16,00-27,50%) соответственно.

Таблица 3 - Параметры варьирования урожайности и уборочной влажности зерна гибридов кукурузы, 2021-2023 гг.

Показатель

 

Год

Урожайность зерна, т/га

Уборочная влажность зерна, %

Среднее ± стандартное отклонение (͞x±Sx )

2021

4,83 ± 0,84

17,10 ± 2,61

2022

5,81 ± 0,98

22,40 ± 2,57

2023

6,48 ± 1,14

22,10 ± 2,26

͞x±Sx

5,70±1,20

20,60 ± 3,47

Лимиты (min-max)

2021

2,54 – 6,96

12,20 – 25,20

2022

3,20 – 8,43

16,50 – 28,00

2023

4,04 – 8,78

16,00 – 27,50

͞x±Sx

2,54 – 8,78

12,20 – 28,00

Коэффициент вариации (V), %

2021

17,49

15,22

2022

16,80

11,48

2023

17,56

10,24

͞x

21,07

16,89

Каскад 166 АСВ, стандарт

2021

6,07

17,91

2022

6,89

21,90

2023

7,32

21,00

͞x

6,76

20,27

У гибридов, используемых на зерно, помимо высокой урожайности, желательны такие признаки, как быстрая влагоотдача при созревании, высокая устойчивость к полеганию и ломкости стебля после созревания, пригодность к механизированной уборке. По результатам испытаний выделено 9 генотипов, показавших лучший, статистически доказанный, результат по урожайности или уборочной влажности зерна и обладающих другими ценными хозяйственными признаками. Среди выделившихся гибриды 1045-08 и 1044-65 существенно и стабильно превышали стандарт как по урожайности, так и по уборочной влажности зерна (таблица 4).

Таблица 4 - Характеристика гибридов кукурузы, выделившихся по хозяйственным показателям, 2021-2023 гг.

 

Гибрид

Урожайность зерна, т/га

Уборочная влажность зерна, %

Период «всходы-цветение початков», суток

Устойчивость к полеганию,

балл

Высота, см

растений

прикрепления початка

Каскад 166 АСВ, стандарт

6,76

20,27

53

8,0

230

82

1045-08

7,49*

17,28*

49

8,3

202

75

1045-65

7,64*

18,88

50

8,5

213

69

1045-82

7,04

18,37*

50

7,9

219

75

1081-08

7,25

18,40*

49

8,1

223

75

1081-82

7,74*

18,74

51

8,0

220

72

1044-08

7,02

17,40*

50

8,1

213

74

1044-12

7,10

17,20*

53

8,7

228

84

1044-65

7,58*

18,02*

50

8,7

215

70

1044-82

7,09

18,53*

51

8,5

221

73

НСР05

0,47

1,62

-

-

-

-

Примечание: * – значение показателя статистически значимо при p < 0,05

Испытание гибридов в различных метеорологических условиях дало возможность выяснить их адаптивные характеристики по показателю «урожайность зерна», при этом учитывали, что наиболее полную характеристику можно получить, применяя несколько показателей

,
. Норму реакции выделившихся гибридов на изменение условий среды оценивали по результатам определения показателей пластичности. Расчет коэффициента линейной регрессии (bi) позволил оценить степень реакции изученных образцов на улучшение условий вегетации и выделить интенсивные формы, урожайность которых повышалась с улучшением условий: 1081-82, 1045-65, 1045-82 и 1044-12 (таблица 5). Показатель стрессоустойчивости (Ymin-Ymax) обнаружил, что гибриды 1081-08 и 1044-08 в большей степени могут нивелировать действие неблагоприятных факторов, повысив сбор урожая. Определение компенсаторной способности (Ymin+Ymax)/2 выявило генотипы, более способные обеспечивать устойчивый урожай в контрастных условиях: 1044-65, 1045-65, 1045-08.

Таблица 5 - Характеристика гибридов кукурузы по параметрам пластичности, 2021-2023 гг.

Гибрид

Коэффициент линейной регрессии (bi)

Стрессоус-тойчивость (Ymin-Ymax)

Компенсаторная способность

(Ymin+Ymax)/2

Каскад 166 АСВ, стандарт

0,69

-1,2

6,3

1045-08

1,00

-1,7

7,5

1045-65

1,39

-2,3

7,6

1045-82

1,27

-2,1

7,0

1081-08

0,45

-0,8

7,4

1081-82

1,68

-2,8

7,4

1044-08

0,47

-0,8

7,0

1044-12

1,26

-2,1

7,2

1044-65

1,03

-1,8

7,7

1044-82

0,76

-1,3

7,0

По величине дисперсии отклонения от линии регрессии (Sd2) оценивали стабильность урожайности гибридов. Все образцы продемонстрировали сходные результаты, близкие к нулевым значениям, что свидетельствовало об их высокой стабильности (таблица 6). По результатам расчетов индекса стабильности (ИС) у гибридов 1081-08, 1044-08 и 1044-82 обнаружены более высокие значения. По показателю уровня стабильности сорта (ПУСС), позволяющему учитывать одновременно уровень и стабильность урожайности генотипа, выделены гибриды с высокими значениями этого параметра: 1081-08 и 1044-08.

Таблица 6 - Характеристика гибридов кукурузы по параметрам стабильности, 2021-2023 гг.

Гибрид

Среднеквадратичное отклонение от линии регрессии

(Sd2)

Индекс стабильности

(ИС)

Показатель уровня стабильности сорта

(ПУСС)

Каскад 166 АСВ, стандарт

0,00

10,9

100,0

1045-08

0,01

8,8

113,16

1045-65

0,00

6,5

86,76

1045-82

0,00

6,6

74,58

1081-08

0,08

16,8

264,65

1081-82

0,00

5,1

91,73

1044-08

0,00

17,5

258,04

1044-12

0,04

6,6

100,00

1044-65

0,08

8,4

145,25

1044-82

0,00

11,1

167,03

Анализ результатов показал, что полного совпадения оценок по пластичности и стабильности, определенных разными методами, не обнаружено. Для систематизации результатов применялось суммирование рангов, присвоенных образцам в соответствии со значением по каждому показателю, а окончательная оценка сделана по среднему рангу. При этом ценными признаны генотипы, показавшие в итоге наименьший ранг. Выявлены наиболее пластичными гибриды: 1044-65, 1045-65 и 1045-08 (рисунок 2). Гибриды 1044-08, 1081-08, 1044-82 признаны наиболее стабильными.

Ранговая оценка гибридов кукурузы по пластичности и стабильности

Рисунок 2 - Ранговая оценка гибридов кукурузы по пластичности и стабильности

4. Заключение

Проведенные испытания позволили получить информацию по хозяйственно ценным показателям новых раннеспелых гибридов кукурузы в различных метеорологических условиях Центрально-Черноземного региона. Выделены конкурентоспособные гибриды, статистически значимо превышающие стандарт одновременно по урожайности и уборочной влажности зерна: 1045-08 и 1044-65.  Применяя метод комплексной оценки выявлены наиболее адаптивные гибриды 1044-65, 1045-65, 1045-08, характеризующиеся высоким откликом на улучшение условий произрастания и рекомендуемые для интенсивных технологий. Устойчивые к стрессу со стабильной урожайностью гибриды 1044-08, 1081-08, 1044-82 предлагаются для экстенсивных условий, их значительным преимуществом является меньшее снижение урожайности на неблагоприятном фоне, чем у гибридов интенсивного типа.

В опытах установлено преимущественное влияние генотипа на формирование урожая зерна, и условий вегетации – на уровень уборочной влажности зерна.

Article metrics

Views:287
Downloads:15
Views
Total:
Views:287