Влияние провокационных условий повышенного кислого фона почвы на морфологические признаки растений льна-долгунца (LinumusitatissimumL.)
Повышенная кислотность почвы — одна из причин снижения продуктивности различных сельскохозяйственных культур, включая лен-долгунец. В мире площадь кислых почв составляет около 50% от общей площади пахотных земель. Подкисление происходит, как правило, вследствие кислотных осадков, применения минеральных удобрений, а также в результате деятельности человека.
Уровень кислотности почв в Российской Федерации за последние десятилетия значительно повысился, больше всего — в Нечерноземной зоне. Особенно это актуально для Центрального и Северо-Западного регионов страны, где в срочном известковании нуждаются 54,9% и 40,6% почв соответственно.
При повышении уровня кислотности почвенного раствора биологическая продуктивность различных культур, включая лен-долгунец, в производственных условиях значительно снижается. Отмечается, что одной из причин снижения продуктивности может являться сокращение в Российской Федерации в 15–20 раз количества посевных площадей, на которых проводится известкование почвы, соответственно, процесс подкисления почвы пропорционально увеличивается. Использование минеральных удобрений на кислых почвах сопровождается сокращением их эффективности на 30–40%, а неблагоприятные почвенные условия приводят к значительному увеличению разрыва между потенциальным и фактическим урожаем сельскохозяйственных культур, в том числе льна-долгунца.
В настоящее время новые отечественные сорта льна-долгунца имеют биологический потенциал урожайности льноволокна в объеме 20–25 ц с 1 га, однако средняя урожайность в стране ограничивается 9,2 ц. Одной из причин такой разницы может быть доминирование кислых почв, поскольку при выращивании льна-долгунца на почвах с сильнокислой (рНKCl 4,5 и ниже) и нейтральной (рНKCl свыше 6,0) реакцией почвенного раствора существенно снижается урожайность льноволокна и льносемян. Для получения высоких урожаев льнопродукции на дерново-подзолистой, легко- и среднесуглинистой почве необходимо поддерживать слабокислую реакцию с pHKCL в диапазоне 5,3–5,6. К сожалению, только 20–30% площадей почв в стране отвечают этому требованию.
Разработка стратегий обеспечения страны конкурентоспособным льносырьем неразрывно связана с важной ролью селекции. Биологический потенциал используемых в производстве сортов льна-долгунца позволяет получать высокие урожаи льноволокна и льносемян. За последние годы вклад сорта в производство оценивается в 40–80%, и его значение будет продолжать расти в будущем. По мнению исследователей, чем менее благоприятные складываются почвенно-климатические и погодные условия, тем более важным становится выбор подходящих сортов и гибридов.
Селекционные методы являются эффективными при создании новых форм с измененными признаками и свойствами, а создание провокационных фонов для отбора при селекции на устойчивость к неблагоприятным факторам — перспективным направлением исследований.
Для решения вопроса о создании новых сортов льна-долгунца, устойчивых к повышенной кислотности почвенного раствора, необходимо проводить эффективную селекционную работу, в том числе с использованием биотехнологических методов.
Цель исследований — оценка влияния экстремальных условий повышенного кислого фона почвы на морфологические признаки льна-долгунца (Linum usitatissimum L.).
Материалы и методы исследования
Исследования по устойчивости льна-долгунца к повышенной кислотности почвы проводились на базе лаборатории селекционных технологий ФГБНУ «Федеральный научный центр лубяных культур» (г. Смоленск, Смоленская обл., Россия) в 2023 году в соответствии с методическими указаниями по селекции льна-долгунца (2004 г.), селекции и первичному семеноводству льна-долгунца (2014 г.).
Для создания сильнокислого, слабокислого и близкого к нейтральному уровню кислотности уровня кислотности непосредственно под культуру льна-долгунца использовали методику, основанную на внесении необходимого количества извести и коллоидной серы.
Для анализа устойчивости генотипов льна к изменению кислотности почвенного раствора при создании провокационного фона использовали способ, обозначенный в патенте «Способ определения устойчивости генотипов льна к изменению кислотности почвенного раствора. Он предполагает проведение обычного посева и создание фона с заданной кислотностью путем внесения расчетной дозы извести непосредственно под лен-долгунец.
Исследования проводили с использованием различных сортов льна-долгунца, таких как Смолич, С 108, Импульс, Лидер и Феникс. Сортом-стандартом в исследованиях определен лен-долгунец Лидер (табл. 1). Лидер с 2005 года включен в Государственный реестр по Центральному, Северо-Западному и Западно-Сибирскому регионам РФ. Рекомендован для возделывания в Смоленской области. Из-за достаточно высокого удельного веса сорта в регионе (18,6%), а также скороспелости в сочетании с высоким содержанием волокна хорошего качества был выбран в качестве сорта-стандарта.
Подготовка почвы соответствовала технологической карте и состояла в проведении зяблевой вспашки, внесении минеральных удобрений в форме азофоски с нормой 1,5 ц/га, бороновании и предпосевной культивации. Способ посева — рядовой, площадь питания одного растения — 3,75 см2 (7,5 х 0,5 см). Учетные делянки размером 1 м2, общая площадь эксперимента — 60 м2 в трехкратной повторности. В качестве контрольного варианта использовался среднекислый фон с pHKCL 4,6–5,0, так как исходная почва имела pHKCL 4,9.
Статистическая обработка данных выполнена с использованием программного пакета Microsoft Excel 2021 (США) методом первичной статистической обработки экспериментальных результатов — определения выборочного среднего значения, среднеквадратичного отклонения и вариабельности признака.
Результаты и обсуждение
В условиях 2023 года на легкосуглинистой почве погодные условия в период всходов и начальный период вегетации льна отличались умеренными температурами и недостатком влаги. Средняя температура воздуха составила +15 ºС при средней многолетней +15,8 ºС. Количество осадков, выпавших в июне, было значительно ниже среднемноголетнего значения (37,0 мм и 77,2 мм соответственно) (табл. 2). Влажность почвы в слое от 0 до 20 см в период быстрого роста и бутонизации, то есть в критический период для льна по потреблению влаги, находилась в пределах от 3,7 до 10,7%. ГТК июня был ниже оптимальных показателей и составил 1,18 ед. Климатические показатели июня свидетельствуют о том, что влаги и тепла растениям было недостаточно для интенсивного роста льна-долгунца и накопления вегетативной массы, что в дальнейшем отрицательно сказалось на урожайности.
В период цветения и формирования семян (июль) среднесуточная температура воздуха была в пределах среднемноголетней нормы — +17 ºС и +17,3 ºС соответственно. Количество выпавших осадков было значительно меньше среднемноголетнего показателя — на 20,3 мм. Однако оптимальная температура воздуха способствовала сохранению влаги в почве (12,8% и 9,6%). В момент налива и созревания льносемян влажность почвы, наоборот, была невысокая — 12,4% и 8,4%. Вместе с тем этого было достаточно для формирования выполненных семян с биологически обусловленным их количеством в коробочке. Лен-долгунец вытереблен с 18 по 22 августа. В целом вегетационный период 2023 г. можно охарактеризовать как слабо засушливый, ГТК — 1,09 ед.
В течение вегетационного периода проводились фенологические наблюдения, определялась интенсивность прироста по фазам развития растений льна: «елочка», бутонизация, цветение, созревание (рис. 1).
В результате исследований выявлено, что в зависимости от сортовых особенностей растений льна-долгунца в разные фазы развития изменялся показатель высоты растений льна-долгунца. Так, в фазу «елочка» высота растений льна-долгунца (в зависимости от сорта) находилась в пределах 9,7–12,9 см. Начиная с периода быстрого роста стебля в высоту и к фазе бутонизации высота растений составляла: Смолич — 62,1 см, С 108 — 68,8 см, Импульс — 67,8 см, Лидер — 47,6 см, Феникс — 62,4 см (табл. 3). Наименьшей высотой характеризовался сорт-стандарт Лидер.
От бутонизации до цветения интенсивность роста стебля в высоту значительно снижалась, а после завязывания коробочек рост растения прекращался. Исследования показали, что растения сорта-стандарта Лидер отличались от других сортов меньшей высотой на протяжении всей вегетации.
После уборки сорта оценивали по признакам: высота растений, количество растений в снопе, техническая длина, количество коробочек и семян на растении, масса растений, масса технической части растения.
Результаты оценки растений льна-долгунца после уборки на сильнокислом фоне и слабокислом (оптимальном для выращивания льна-долгунца) по основным морфологическим признакам показали, что используемые в исследованиях сорта в этих условиях характеризуются более высокой продуктивностью по сравнению с сортом-стандартом Лидер. Так, Смолич превосходил Лидер по высоте растений на 4,0 см, С 108 — на 15,5 см, Импульс — на 16,7 см, Феникс — на 18,7 см. Отмечено, что высота растений у сорта Смолич на сильнокислом фоне составила 67,5 см, а на слабокислом — 66,2 см, у сорта С 108 — 76,1 см и 71,7 см, у сорта Импульс — 77,4 см и 74,9 см соответственно, у сорта-стандарта Лидер — 54,1 см и 54,7 см. У сорта Феникс на сильнокислом фоне показатель высоты растений 75,6 см, на слабокислом — 79,0 см. Количество коробочек на растении на сильнокислом фоне изменялось в пределах 3,7–5,0 шт., на слабокислом — 2,7–4,0 шт. Наибольшее количество семян с растения было получено у сорта Феникс (27 шт.) на сильнокислом фоне (табл. 4).
Сопоставив характеристику сортов льна-долгунца по продуктивности, полученную на сильнокислом и среднекислом (контроль) фонах, выявили, что выбранные сорта льна-долгунца лучше развиваются и характеризуются более высокими показателями основных хозяйственно ценных признаков в провокационных условиях сильнокислого фона — pHKCL почвы (<4,5). Так, высота растений у сорта Смолич составила на сильнокислом фоне 67,5 см, на среднекислом — 64,5 см, у сорта С 108 — 76,1 см и 74,1 см, у сорта Импульс — 77,4 см и 74,0 см, у генотипа Лидер — 54,1 см и 53,9 см, у Феникса — 75,6 см и 72,4 см соответственно. Количество коробочек на растении на сильнокислом фоне изменялось в пределах 3,7–5,0 шт., на среднекислом — 3,0–4,7 шт., масса растения была наибольшей у сорта Феникс также на сильнокислом фоне (0,83 г).
Используя данные таблиц 3, 4, определена кислотоустойчивость пяти исследованных генотипов льна-долгунца как отношение значений признаков продуктивности (высота растений, масса, количество коробочек и семян с растения) на сильнокислом фоне к значениям на слабокислом (оптимальном) фоне, выраженное в процентах (табл. 5), и как отношение значений признаков продуктивности на сильнокислом фоне к значениям на среднекислом (контроль) фоне, выраженное в процентах (табл. 6).
Показатель кислотоустойчивости «сильнокислый фон — слабокислый фон» свидетельствовал о том, что в условиях 2023 года сорта проявили высокую устойчивость к стрессовому фактору — повышенной кислотности почвы по всем показателям продуктивности.
Анализ полученных результатов показал, что используемые в исследованиях сорта льна-долгунца в провокационных условиях сильнокислого фона (pHKCL почвы <4,5) лучше развивались и характеризовались более высокими показателями основных хозяйственно ценных признаков, чем на оптимальном для возделывания льна-долгунца — слабокислом почвенном фоне. При этом уровень устойчивости, превышающий 100%, по признаку «высота растений» проявили образцы Смолич, С 108, Импульс. Кислотоустойчивость этих сортов составила от 103,3 до 106,1%.
По признаку «масса растений» у сортов Смолич, С 108, Лидер, Феникс кислотоустойчивость проявилась на уровне от 118,2 до 146,0%. По признаку «количество коробочек на растении» у всех образцов кислотоустойчивость находилась на уровне от 100,0 до 133,3%, по признаку «количество семян на растении» — у всех генотипов, кроме сорта Импульс, устойчивость по данному признаку составила 130,0–158,8% (табл. 5).
При анализе кислотоустойчивости исследованных сортов льна-долгунца на сильнокислом фоне к значениям на среднекислом (контроль) фоне выявлено, что исследуемые сорта по всем вышеобозначенным признакам продуктивности проявляли высокую устойчивость к сильнокислой реакции почвенного раствора. На контрольном варианте (среднекислой почве) показатели продуктивности незначительно снижались.
Полученные результаты позволяют характеризовать используемые в исследованиях сорта льна-долгунца как высокоустойчивые к повышенной кислотности почвы. При этом уровень устойчивости, превышающий 100%, по признакам «высота растений», «масса растений», «количество коробочек на растении», «количество семян на растении» проявили все сорта, кроме сорта-стандарта Лидер. Все используемые в исследованиях сорта льна-долгунца отличались высокой продуктивностью независимо от кислотности почвенного раствора. Все сорта характеризовались высокой вариабельностью, а следовательно, высокой пластичностью.
Кислотоустойчивость у сортов по высоте растений составила от 100,37% (у сорта Лидер) до 104,69% (у сорта Импульс) (табл. 6).
По признаку «масса растений» у сортов кислотоустойчивость проявилась от +13,33 до +46,0%. По признаку «количество коробочек на растении» у всех образцов, кроме сорта-стандарта Лидер, кислотоустойчивость находилась на уровне 106,38–133,33%, показатель кислотоустойчивости сорта Лидер был несколько ниже (90%). По признаку «количество семян на растении» у всех сортов устойчивость составила 101,12–144,26%.
Выводы
В результате исследований в полевых условиях создан провокационный фон и определена кислотоустойчивость пяти сортов льна-долгунца — Импульс, Феникс, Лидер, С 108, Союз для сильнокислого и слабокислого (оптимального) фонов; сильнокислого и среднекислого (контроль) фонов.
Выявлено влияние провокационных условий повышенного кислого фона почвы на морфологические признаки растений льна-долгунца. Установлено, что все исследуемые сорта льна-долгунца на созданном провокационном фоне проявили устойчивость к повышенной кислотности почвы, сохраняя при этом высокие показатели продуктивности по сравнению с сортом-стандартом Лидер. Наиболее высокую устойчивость относительно других сортов проявили Смолич, С 108 и Импульс.
Об авторах
Вероника Сергеевна Зотова; аспирант, младший научный сотрудник
https://orcid.org/0000-0001-5230-0580
Наталья Викторовна Пролётова; старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук
https://orcid.org/ 0000-0002-4137-9622
Аминат Мсостовна Конова; Ведущий научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук
science.trk@fnclk.ru
Федеральный научный центр лубяных культур, Комсомольский пр-т, 17/56, Тверь, 172002, Россия
УДК 633.521:631.421.1: 631.415.1
DOI: 10.32634/0869-8155-2024-384-7-119-124
Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии
