Оценка сортообразцов люцерны по хозяйственно ценным признакам в южной лесостепной зоне Республики Башкортостан
Создание прочной кормовой базы — основной элемент при повышении продуктивности животноводства и удовлетворении растущих потребностей населения в мясе, молоке и другой животноводческой продукции. При этом большая часть валового производства кормов приходится на многолетние травы, которые занимают более 65% в структуре посевов кормовых культур по республике. Из большого разнообразия кормовых культур универсальной является люцерна.
Люцерна как культура получила широкое распространение благодаря своим уникальным экологическим и биологическим свойствам. Культура возделывается более чем в 80 странах мира на площади, превышающей 35 млн га, в различных природно-климатических и экологических условиях и на разнообразных почвах. Широкую известность и популярность она приобрела благодаря целому комплексу ценных хозяйственных качеств. По содержанию основных питательных веществ люцерна превосходит клевер луговой и эспарцет. В фазе цветения в 100 кг свежей травы содержится 20–23 корм. ед. и 4,0–4,1 кг переваримого протеина. По обобщенным данным исследований в нашей стране и за рубежом культура обеспечивает самый высокий сбор белка с 1 га (1,5–2 т), то есть в 3,5 раза выше по сравнению с соей и в 6,3 раза по сравнению с пшеницей.
Несмотря на богатый сортовой ассортимент люцерны, животноводство республики нуждается в более высокопродуктивных и менее энергозатратных адаптированных сортах с лучшими хозяйственно полезными свойствами и более полноценно использовавшие биоклиматические ресурсы. Лимитирующим фактором получения высоких урожаев люцерны в Башкортостане выступает обеспеченность растений влагой.
Изменение климата в сторону потепления привели к существенному удлинению вегетационного периода люцерны. В летнее время жаркая погода, всегда сопровождаемая засухой, ухудшает качество белка в растениях. Наблюдается так же уменьшение количества побегов растений, сокращение продолжительности их жизни и снижение урожайности. В связи с этим созданные сорта должны быть устойчивы к засухе, с глубокой корневой системой, способны формировать высокую кормовую массу и стабильный урожай семян. Поиск образцов, сочетающих высокую продуктивность зеленой массы с урожайностью семян становится основной и первоочередной задачей селекции.
В своих исследованиях И. Кузнецов и др. (2020) указывают на то, что метеорологические факторы оказывают влияние на продолжительность периода вегетации и урожайность зерна различных сортов. Осадки увеличивали продолжительность полного вегетационного периода (r = 0,891), что очень важно для определения оптимального срока уборки культуры. По результатам опытов данной группы ученых видно, что продолжительность вегетационного и межфазных периодов определяется во многом сочетанием тепла и влаги, а также реакцией генотипа сортов на данные условия, поэтому этот момент рекомендуется учитывать при селекции люцерны.
Представляет значительный интерес интродукция люцерны мировой селекции в условиях Российской Федерации (и в частности, Республики Башкортостан). Исследования, проведенные в Курской области В.Г. Веретенниковой и др. (2014) по изучению люцерны разных мировых селекций, показали, что сорт Ризомаканадской селекции по урожайности зеленой массы и семян существенно не отличался от отечественного сорта Вега 87, но уступал европейским сортам Daisy, Krone (DK), Vlastau Zusana (CZ), Buduchinya (BY) и др..
Несмотря на высокую кормовую ценность люцерны, посевы ее очень ограничены. Основные причины — мало сортов, имеющих высокую экологическую пластичность, слабая организация семеноводства люцерны в регионах, требуют доработки местные технологии возделывания люцерны на зеленую массу и семена. Н.Н. Дюкова и др. (2013) в своих исследованиях указывают на то, что сорта люцерны с оптимальным уровнем самофертильности и автотриппинга целесообразно создавать для каждого конкретного региона возделывания с учетом погодных условий и наличия специализированных насекомых-опылителей. В Северном Зауралье среднепопуляционная самофертильность люцерны должна быть 30–45%.
Исследование семенной продуктивности 30 коллекционных образцов российской и мировой селекции в течение трех разных по погодным условиям лет позволило выявить сорта, которые в среднем за эти годы существенно превышали стандарт: Жидруне (+36%), Феракс 58(+28%), Тибетская (+21%), Радослава (+20%), Кишварди 27 (+18%), Ольга (+13%) и Вавиловка (Родничок) (+11%). Только один из исследуемых образцов (Феракс 58) каждый год формировал существенно высший за стандарт урожай семян.
В селекции люцерны в последнее время актуальны исследования, которые направлены не только на повышение количества и качества кормовой продукции (в сочетании с высокой семенной продуктивностью), но и устойчивости вновь созданных сортов и гибридных популяций к стрессовым факторам окружающей среды.
Проведенные во Франции исследования У. Галеб и др. (2021) указывают на то, что для выбора селекционной модели (подбор сорта) необходимо учитывать дикие образцы люцерны, влияние скарификации и высоких температур. В результате опытов на 38 образцах люцерны было выявлено большое генетическое разнообразие всхожести в зависимости от температуры. Ученые предполагают, что умеренные температуры необходимы для прорастания поврежденных партий семян.
Для изучения влияния стресса засухи на морфофизиологические признаки проростков люцерны (Medicago sativa) иранскими учеными M. Riasat (2020) был заложен многолетний опыт с 10 популяциями люцерны, собранной в их естественных местообитаниях в различных частях провинции Фарс. Лучшая популяция имеет самый высокий рост проростков в сочетании с большой длиной корней и оказалась засухоустойчивой к водному стрессу, что можно будет использовать для улучшения новых сортов.
Таким образом, в связи с разнообразием почвенно-климатических и погодных условий в Республике Башкортостан, а также недостаточной гидротермической обеспеченностью на большей части ее территории стало актуальным вовлечение в селекционный процесс новых сортов и популяций люцерны, сочетающих высокую потенциальную продуктивность вегетативной массы и семян, устойчивых к стрессовым факторам.
Обзор проведенных исследований по применению различных подходов и направлений в селекции люцерны показывает высокий интерес к данной проблеме. Возникает необходимость проведения комплексных исследований по выявлению и выделению перспективных образцов люцерны по хозяйственно-биологическим признакам в условиях южной лесостепной зоны Республики Башкортостан.
Изучение и оценка селекционной ценности сортопопуляций люцерны, а также выделение нового исходного материала для создания сортов люцерны с высоким потенциалом урожайности семян являются, по данным В. Казарина и И. Володиной (2014), наиболее актуальным направлением.
Цель исследований заключалась в изучении хозяйственно ценных признаков и выделении перспективных образцов люцерны, сочетающих высокую продуктивность вегетативной массы и семян.
В соответствии с этим в исследованиях ставилось решение целого ряда задач, в том числе определение: урожайности зеленой массы образцов люцерны в конкурсном сортоиспытании; облиственности и энергии послеукосного отрастания образцов люцерны; структуры урожайности семян образцов люцерны в конкурсном сортоиспытании.
Материалы и методы исследования
Исследования (2019–2022 гг.) проводились в научном подразделении «Уфимское» Башкирского научно-исследовательского института сельского хозяйства ФГБНУ Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук (южная лесостепная зона Республики Башкортостан, одновидовые посевы).
Почва — выщелоченный чернозем тяжелосуглинистого гранулометрического состава, среднемощный. Содержание гумуса в пахотном слое почвы 0–25 см — 8,1–8,4%, подвижного калия и фосфора (по Кирсанову) — 124–127 мг/кг и 105–108 мг/кг почвы соответственно, сумма обменных оснований — 28–30 мг-экв. / 100 г, реакция среды — нейтральная (рН 6,1–6,2).
Южная лесостепь относится к зоне недостаточного увлажнения. Сумма эффективных температур составляет 2107–2286 °С. Годовое количество осадков — 475–561 мм. Распределение осадков происходит крайне неравномерно. Гидротермический коэффициент — 1,11–1,21. Приход фотосинтетически активной радиации колеблется от 1925 до 2880 ккал/га.
Агротехника в опыте была общепринятой для люцерны. Под основную обработку вносили минеральные удобрения (фосфорно-калийное удобрение — Р90К60). Основную обработку почвы под посев проводили на глубину 25–27 см, весной осуществляли ранневесеннее боронование, затем культивацию с боронованием, прикатывание до и после посева. Норма высева на зеленую массу составила 12 кг/га. Посев на семена (норма высева — 3,5 кг/га, междурядье — 60 см) проводили сеялкой «Клен-1,5» (Россия). Вслед за посевом проводилось прикатывание с использованием катков ЗККШ-6А в агрегате с ДТ-75М (Россия).
Питомник конкурсного сортоиспытания был заложен в 2018 году. Учетная площадь — 50 м2, повторность — четырехкратная. Уборку зеленой массы проводили в фазе «бутонизация — начало цветения люцерны», уборку на семена — при побурении 75–80% бобов.
Объект исследования. Объектом исследований служили 15 сложногибридных популяций, полученных в результате свободного переопыления лучших гибридов местной селекции, ВНИИ кормов, образцов ВИРа и других научных учреждений. Для повышения надежности и точности оценки популяций по хозяйственно-биологическим признакам вводился стандарт. В качестве стандарта брали лучший по ряду показателей сорт, районированный в данной зоне. В качестве стандарта (st) был принят районированный сорт люцерны изменчивой Галия.
Краткая характеристика используемых сортов
Галия. Рекомендован для сенокосно-пастбищного использования. Формирует урожайность зеленой массы до 62 т/га. Средний урожай сена — 13,8–14,6 т/га, урожай семян — до 0,85 т/га. Растение средней высоты. Куст прямостоячий (полупрямостоячий). Время начала цветения — среднее. Зеленая окраска листьев средней степени выраженности. Соцветие — продолговатая кисть средней рыхлости, пестрой окраски. За время испытаний поражения болезнями не наблюдалось. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Изумруда. Рекомендован для сенокосно-пастбищного использования. Формирует урожайность зеленой массы до 50 т/га. Средний урожай сена — 12,5–13,1 т/га, урожай семян — до 0,6 т/га. Растение средней высоты. Куст прямостоячий (полупрямостоячий). Листья от средних до крупных, обратнояйцевидные, темно-зеленой окраски. Соцветие — продолговатая кисть средней рыхлости, пестрой окраски. Время начала цветения — среднее. Устойчив к корневым гнилям, листовым болезням и стрессовым ситуациям погодных условий. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Самарский федеральный исследовательский центр РАН».
Татарская пастбищная. Рекомендован для пастбищного использования. Формирует урожайность зеленой массы до 58 т/га. Средний урожай сена — 12,9–13,8 т/га, урожай семян —до 0,54 т/га. Растение средней высоты. Куст полупрямостоячий. Время цветения — раннее. Частота растений с очень темными сине-фиолетовыми цветками низкая, со смешанными — средняя. Соцветие — продолговатая кисть. Устойчив к листовым болезням. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Федеральный исследовательский центр “Казанский научный центр РАН”».
Популяция 25. Рекомендован для сенокосно-пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 45 т/га. Средний урожай сена — 13,0 т/га, семян — ниже стандарта на 11%. Растение средней высоты. Куст прямостоячий. Листья средние, темно-зеленой окраски. Соцветие — продолговатая кисть, пестрой окраски. Устойчив к листовым болезням и стрессовым ситуациям погодных условий. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция П 85044. Рекомендован для сенокосно-пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 43–45 т/га. Средний урожай сена — 13.3 т/га, семян — до 0,5 ц/га. Растение средней высоты. Куст полупрямостоячий. Листья крупные, светло-зеленые. Соцветие удлиненно-цилиндрическое, пестрой окраски. Устойчив к аскохитозу. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция С 3-6. Рекомендован для пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 35 т/га. Средний урожай сена — 12,2 т/га, семян — до 0,4 ц/га. Растение средней высоты. Тип куста — промежуточный. Листья крупные, светло-зеленые. Соцветие удлиненно-цилиндрическое. Относится к синегибридному сортотипу. Устойчив к засухе. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский РАН».
Популяция С 3-8. Рекомендован для сенокосно-пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 55,0 т/га, сена — 12,2–13,5 т/га, семян — до 0,6 ц/га. Растение средней высоты. Куст полупрямостоячий. Листья обратно яйцевидные, слабоопушенные, темно-зеленого цвета. Соцветие — продолговатая кисть, пестрая. Устойчив к засухе. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция С 3-9. Рекомендован для сенокосно-пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 46,2 т/га. Средний урожай сена — 11,8 т/га, семян — до 0,6 ц/га. Растение средней высоты. Куст полупрямостоячий. Величина листьев — от среднего до крупного. Соцветие — цилиндрическая плотная кисть, пестрая. Устойчив к засухе и полеганию. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция С 344. Рекомендован для сенокосно-пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 42,0 т/га, сена — 14–14,5 т/га, семян — до 0,4 т/га. Растение средней высоты. Куст полупрямостоячий. Листья темно-зеленые, обратно яйцевидные. Соцветие — цилиндрическая плотная кисть. Относится к синегибридному сортотипу. Устойчив к засухе и полеганию. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция Высокая 4. Рекомендован для сенокосно-пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 49,0 т/га, сена — 11,8–12 т/га, семян — 0,3–0,4 т/га. Растение средней высоты. Куст полупрямостоячий. Листья светло-зеленые, обратнояйцевидные, без воскового налета. Соцветие — цилиндрическая плотная кисть, пестрой окраски. Устойчив к полеганию. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция Крупносемянная 5. Рекомендован для сенокосного и пастбищного использования. Урожай зеленой массы — до 44,6 т/га, сена — 11,9 т/га, семян — 0,5 т/га. Растение средней высоты. Куст полупрямостоячий. Листья средней величины, обратнояйцевидные, темно-зеленой окраски. Соцветие — продолговатая кисть, средней рыхлости, пестрой окраски. Засухоустойчивость высокая, зимостойкость хорошая. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция Высокобелковая 7. Рекомендован для сенокосного и пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 40 ц/га, сена — 12,5 т/га, семян — 0,4 т/га. Растение средней высоты. Куст прямостоячий. Листья средние, со слабым опушением. Соцветие — кисть средней рыхлости, пестрой окраски. Зимостойкость хорошая, засухоустойчивость выше средней. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция 8. Рекомендован для сенокосного и пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 40 ц/га, сена — 12,9 т/га, семян — 0,3 т/га. Растение средней высоты. Куст полупрямостоячий. Листья темно-зеленые. Соцветие — продолговатая кисть средней рыхлости. Относится к желто-пестро-гибридному сортотипу люцерны изменчивой. Отличается высокой морозоустойчивостью и засухоустойчивостью.. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция Скороспелая 9. Рекомендован для сенокосного и пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 38 ц/га, сена — 12,4 т/га, семян — 0,41 т/га. Растение средней высоты. Куст прямостоячий. Листья темно-зеленые. Соцветие — кисть средней рыхлости, пестрая. Отличается ранним цветением. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Популяция 16. Рекомендован для сенокосного и пастбищного использования. Урожайность зеленой массы — до 39 ц/га, сена — 10,8 т/га, семян — 0,5 т/га. Растение средней высоты. Куст прямостоячий. Листья средней величины со слабым опушением, темно-зеленой окраски. Соцветие — яйцевидная кисть средней рыхлости. Сортотип — синегибридный. Отличается высокой семенной продуктивностью. Болезнями поражается слабо. Поставщик семян для опыта — ФГБУН «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».
Закладку полевых питомников, сопутствующие наблюдения проводили по общепринятым методикам. Результаты экспериментов были обработаны с использованием методики полевого опыта (Б.А. Доспехов, 1985).
Результаты и обсуждение
За 2019–2022 годы в конкурсном (испытание на выявление лучших образцов среди новых сортов в сравнении с сортами-стандартами) сортоиспытании были изучены и выделены лучшие популяции и сортообразцы по таким показателям, как интенсивность послеукосного отрастания, урожайность зеленой массы, высота и облиственность растений, структура урожая семян люцерны, содержание обменной энергии и семенная продуктивность образцов люцерны.
Наиболее ранним весенним отрастанием выделялись образцы Изумруда, Высокобелковая, Скороспелая, Татарская пастбищная. Продолжительность периода от начала весеннего отрастания до первого укоса — 64–66 дней. Урожайность зеленой массы популяций люцерны варьировала от 170 до 283,3 ц/га. Наибольшее превышение урожая зеленой массы отмечено по образцам: С 3-8 — превышает стандарт на 37,4%, Популяция 25 — на 33,2%, П 85044 — на 29,3%, Популяция 8 — 27,7%. Наименьшая урожайность отмечена у образца Популяция 16 — на 15,9% ниже стандарта (табл. 1).
В среднем за годы изучения в конкурсном сортоиспытании число кистей на одно растение люцерны варьировало от 44,6 до 91 шт., число бобиков — от 147,4 до 274,8 шт., число семян в бобе — от 2,6 до 5,8 шт. на растение. Масса 1000 семян — от 1,68 до 1,95 г. Наибольшее число продуктивных стеблей составили такие образцы, как Крупносемянная, Изумруда, Популяция 25, Популяция 8. Высокой продуктивностью семян отличились Высокобелковая, С 3-9, С 3-8, Популяция 16, Татарская пастбищная, Крупносемянная 5, образовав большое количество бобиков. Самые крупные семена образовала популяция Крупносемянная (масса 1000 семян — 1,95 г), С 3-9 (1,87 г), С 3-6 и Популяция 16 (1,86 г.), Высокая 4 (1,85 г). (табл. 2).
В 2020 году, в период цветения люцерны, среднесуточные температуры не достигли необходимого минимума (20 ºС), благоприятные условия для опыления цветков и формирования семян складывались только во второй половине I декады и в III декаде июля; II декада июля характеризовалась дневной температурой выше 32 °С (активность диких пчел уменьшается, если температура превышает 29 °С, а при 32 °С и выше прекращаются полеты). За годы исследований самой высокой семенной продуктивностью отличался образец Высокобелковая 7.
Анализ данных (2019–2022 гг.) по представленным образцам люцерны показал наличие слабой отрицательной корреляционной зависимости между урожайностью семян и среднесуточным температурным режимом (r = -0,276). Установлена положительная корреляция между урожайностью семян, суммой осадков (r = 0,481) и ГТК (r = 0,470).
Результаты исследований авторов согласуются с проведенными исследованиями Н.Н. Догузовой (2021 г.) в условиях лесостепной зоны Республики Северная Осетия — Алания. Опыты с восемью образцами люцерны показали, что сравнительное изучение семенной продуктивности образцов люцерны в питомнике исходного материала позволяет выделить перспективные номера с повышенной семенной продуктивностью. Был выделен сорт люцерны Кизлярская, превысив другие сорта по семенной продуктивности на 7–9%, по зеленой массе — на 5–7%. Сорт люцерны Синегибридная превзошел испытываемые сорта по урожаю зеленой массы на 5,1–7%. Данные сорта будут использованы в создании новых высокоурожайных сортов люцерны в условиях Республики Северная Осетия — Алания.
В то же время в своих исследованиях Джей Луз, Д. Мачадо и др. (2020) указывают, что производство гибридных семян сейчас крайне неэффективно. Причиной является использование линий, полученных путем последовательного самооплодотворения. Следовательно, необходимо искать новые альтернативы для уменьшения эффекта инбридинговой депрессии в линиях.
Выводы
Исследования, проведенные в 2019–2022 гг., позволили выделить перспективные образцы, сочетающие высокую кормовую и семенную продуктивность. Образцы Изумруда (пестрогибридная), Высокобелковая (пестрогибридная популяция), Скороспелая (пестрогибридная популяция), Татарская пастбищная отличаются наиболее ранним цветением. Наибольшее превышение урожая зеленой массы относительно стандарта отмечено по образцам: Сортообразец С 3-8 (синегибридная, создана индивидуально — семейным отбором) превышает стандарт на 37,4%; Популяция 25 (смесь) — на 33,2%; П 85044 (синегибридная, создана индивидуально — семейным отбором) — на 29,3%; Популяция 8 (синтетическая популяция, относится к желто-пестрогибридному сортотипу) — на 27,7%.
Результаты исследований можно использовать при селекции люцерны в Республике Башкортостан и Российской Федерации, представляют интерес для зарубежных исследователей-селекционеров.
Об авторах
Асия Ахмадулловна Низаева 1, старший научный сотрудник отдела селекции и семеноводства кормовых культур,
nizaeva_a@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-6355-2422
Игорь Юрьевич Кузнецов 2, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры растениеводства, селекции растений и биотехнологий,
kuznecov_igor74@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-7849-5897
Рифкат Лутфуллович Акчурин 1, кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий отделом растениеводства, земледелия и почвенного плодородия, ведущий научный сотрудник,
rifkat-61@rambler.ru; https://orcid.org/0000-0001-6798-3660
Ильгиз Галлямович Асылбаев 2, доктор биологических наук, профессор кафедры почвоведения, агрохимии и точного земледелия,
ilgiz_bsau@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-8235-2928
1 Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук, ул. Рихарда Зорге, 19, Уфа, 450001, Россия
2 Башкирский государственный аграрный университет, ул. 50 лет Октября, 34, Уфа, 450001, Россия
УДК633.311(470.57) DOI: 10.32634/0869-8155-2023-375-10-116-121
Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии
