Реакция сельскохозяйственных культур на динамику изменений среднемесячных индикаторов тепловых ресурсов и режимов увлажнения

Вронских М.Д., 
Публичное учреждение Институт полевых культур,
Бэлц, Республика Молдова

Известно, что сельскохозяйственные культуры (как все организмы) в своем развитии в огромной степени зависят от особенностей теплового и водного ре­жимов конкретной почвенно-климатической зоны. В данной работе анализу подвергались многолетние данные (1945-2015 г.г.), характеризующие динамику колебаний среднемесячных индексов температуры воздуха, объемов атмосферных осадков и гидротер­мического коэффициента (ГТК) и степень их влияния на уровень продуктивности основных сельхозкультур. Для более объективного анализа особенностей реак­ции растений различных сельхозкультур на динамику колебаний метеофакторов, их значения представле­ны в процентах к среднемноголетним индексам, так­же как и уровень продуктивности сельхозкультур. Особенности такого влияния были определены для шести основных сельхозкультур культур. В данном выпуске журнала приведены материалы по озимой пшенице, в последующих выпусках будут представле­ны аналогичные данные по остальным полевым куль­турам. В обобщенном виде эти материалы содержат­ся в недавно изданной монографии автора «Реакция сельскохозяйственных культур на изменения факто­ров внешней среды – параметры климата». (Кишинев, 2016, издательство «Notograf prim», 554 стр.).

ОЗИМАЯ ПШЕНИЦА

I. Реакция растений на избыток (или дефицит) те­пловых ресурсов отдельных месяцев сельскохо­зяйственного года продемонстрировала следую­щие закономерности (рис.1 и 1а).

Месяцы осеннего сезона. Последовательное снижение среднемесячных температур сентября от оптимального значения (+13,5оС) на –19,7% сопровождалось снижени­ем уровня продуктивности культуры на –18,9% в расчете за каждый –1,0оС, в октябре (+8,94оС): на –5,3% и в ноябре (+2,21оС): на –44,2% за каждый –1,0оС снижения темпера­тур воздуха. Вместе с тем, по критерию колебания темпе­ратур, выраженному в процентах к среднемноголетнему значению, было зарегистрировано снижение продук­тивности озимой пшеницы из расчета –3,05% за каждый –1,0% падения температур в сентябре, а также: –0,455% – в октябре и –1,07% за каждый –1,0% – в ноябре. С дру­гой стороны – повышение тепловых ресурсов сопро­вождалось некоторым (символическим) увеличением урожайности: в сентябре на +0,12% за +1,0% увеличения температурных ресурсов, и, наоборот – более существен­ным снижением урожайности (–2,4% за +1,0%) в октябре и –0,56% (за +1,0% температур) – в ноябре.

Необходимо отметить, что осенний период характеризо­вался наличием амплитуды колебаний температур возду­ха, в пределах которой растения озимой пшеницы обла­дали положительной реакцией, в т.ч.: с +13,5 до +18,2оС – в сентябре с +4,0 до +10,97оС – в октябре и с +0,8 до +5,26оС – в ноябре. Превышение, или, наоборот – сниже­ние уровня указанных температур воздуха уже сопрово­ждалось существенным снижением продуктивности этой культуры. Таким образом, границы зоны оптимальных температур воздуха для озимой пшеницы находились в пределах: от +12,4оС до +18,2оС – в сентябре; от +4,0 до +11,0оС – в октябре и от +0,49 до +4,47оС – в ноябре.

Месяцы зимнего периода. Оптимальные температу­ры декабря были зарегистрированы на уровне +0,21оС (+13,6% к среднемноголетнему значению), января: на уровне +1,18оС и февраля: на уровне –1,66оС. Характер­но, что, как снижение индексов температур зимних ме­сяцев, так и их повышение сопровождалось достаточно существенным снижением продуктивности культуры. В том числе, для декабря: по –0,84% за –1,0% снижения температур и по –0,97% за +1,0% повышения значений этого индикатора. Аналогичные показатели для января составили, соответственно: –0,57% и –7,8%, а для фев­раля: –0,65% и –0,67 процентов. Необходимо отметить резкое снижение урожайности озимой пшеницы в зоне повышенных температур в декабре и, особенно, в ян­варе и лишь умеренную реакцию растений на этот фе­номен – в феврале. Границы оптимальных температур (с положительным влиянием на растения озимой пше­ницы) находились в узких пределах: с –0,76оС до –0,67 – в декабре и от –3,85 до –2,32оС – в январе и от –2,45 до –1,63оС – в феврале.

Месяцы весеннего сезона. Необходимо отметить доста­точно стабильный и последовательный уровень реак­ции растений озимой пшеницы на динамику колебаний температур марта, зарегистрированный в достаточно широком диапазоне температурных ресурсов (от –80,9% до +257,3% к среднемноголетнему значению), который оценивался колебаниями от –16,1% до +26,3% урожая. При этом, коэффициенты адаптации этой культуры были аналогичными и составили: к сниженным температурам: Кад=5,02 и к повышенным: Кад=5,98 ед. Показатели апре­ля оказались неоднозначными: реакция на снижение температур воздуха оказалась положительной только в узком интервале значений от –35,0 до –15% (при этом оптимум урожая (+16,9%) был отмечен при –16,1%, от среднего значения, т.е. при +8,25оС). Дальнейшее как снижение, так и увеличение значений этого индикатора сопровождалось последовательным падением уровня продуктивности культуры. В том числе: при дефици­те тепловых ресурсов на –40% (т.е. до +5,9оС) снижение уровня урожайности составило –22,6%, а при его превы­шении (на +24,1%, или до +12,2оС), оно составило: –19,5% от среднего многолетнего уровня (24,3 ц/га). Более одно­значным (и обратно пропорциональным) было влияние возрастающих значений температуры воздуха в послед­нем месяце весны – мае. Так, при снижении значений это­го индикатора (на –17,6%, или до +12,9оС) была отмечена положительная реакция растений (+44,8% урожая). При повышении температур на +25,1% (т.е. до +19,6оС), нао­борот – было зарегистрировано резкое снижение уров­ня продуктивности культуры: на –42,4 процента (т.е. до уровня 14,0 ц/га).

Таким образом, на каждый –1,0% снижения температур воздуха в мае (в интервале с +15,66 до +12,9оС) растения реагировали формированием +2,54% дополнительного урожая, а за каждый +1,0% повышения температур (выше +12,9оС), наоборот – его снижением (на –1,69% от средне­го многолетнего уровня).

В итоге, границы положительной реакции растений на температуры воздуха были зарегистрированы: выше +3,0оС (до +6,1оС) – в марте, от +5,8 до +9,6оС – в апреле и от +12,9 до +16,3оС – в мае.

Месяцы летнего сезона. Надо отметить, что характер влияния температур 2 летних месяцев (июня и июля) оказались сходным между собой (и с температурами мая). Оптимальная точка положительной реакции рас­тений озимой пшеницы на снижение тепловых ресурсов в июне (обеспечившая прибавку в +16,0% урожая) была зафиксирована на уровне +18,0оС (–4,3% от среднего многолетнего значения). Характерно, что лишь незна­чительное последующее (дальнейшее) снижение тем­ператур (на –6,9%, или до +17,5оС) уже сопровождалось некоторым снижением уровня урожайности (на –5,3%, или на –1,3 ц/ га). Наоборот, повышение значений это­го индикатора (выше +19,0оС) также сопровождалось последовательным снижением уровня продуктивности этой культуры. При его превышении на +15,4% (т.е. до +21,7оС) было зарегистрировано падение уровня уро­жайности на –52,3%. То есть на каждый +1,0% повы­шенных температур растения «отвечали» непропорци­ональным снижением продуктивности в –3,4%, проявив т.н. «реакцию сверхчувствительности», формирующую феномен «запал зерна» и др. Реакция растений озимой пшеницы на колебания температур в июле также оказа­лась достаточно высоко акцентированной, особенно в зоне сниженных значений. Так, при снижении значений этого параметра лишь на –10,4% (т.е. до +18,8оС) было от­мечено повышение уровня урожайности на +5,06%, ко­торое, однако – последовательно снижалось (до –16,9% от среднего уровня) уже под влиянием избытка тепло­вых ресурсов всего лишь на +11,2% (т.е. до +23,3оС). Та­ким образом, растения этой культуры на каждый –1,0% сниженных температур реагировали повышением про­дуктивности на +4,86%, а при повышенных температу­рах, наоборот – снижением урожая на –1,51%, т.е. в 3,2 раза слабее. Зоны оптимальных температур для разви­тия растений озимой пшеницы определялись: с +17,5оС до +19,0оС – в июне и с +18,8оС до +20,2оС – в июле.

В итоге, анализ данных, представленных на рис.1, 1а, показал, что растения озимой пшеницы отрицательно наиболее акцентировано реагировали падением уровня урожая (на –10% и более) на снижение среднемесячных температур осеннего сезона, в том числе, в октябре: ниже +4,7оС (до –32,5%) и в ноябре: ниже +0,8оС (до –47,7оС). А также и в месяцы зимнего сезона, в том числе, в дека­бре: ниже –1,17оС (до –49,0%), в январе: ниже –4,18оС (до –35,0%) и в феврале: ниже –2,72оС (до 28,8%). Вместе с тем, в сентябре умеренно пониженные температуры (на –1,9оС) сперва сопровождались повышением урожайно­сти (+23,0%), которое затем резко снизилось (на –18,9%) при дальнейшем понижении тепловых ресурсов.

Отрицательная реакция растений на сниженные значе­ния температур весеннего периода была зарегистриро­вана на уровне: –10,1% за –80,1% падения температур (ниже +0,46оС) в марте и на –22,6% за –40,0% – в апреле. Однако в мае реакция растений, наоборот оказалась по­ложительной: +44,8% урожая при снижении температур на –17,4% (до +12,9оС).

В июне небольшое снижение средних температур (на –4,4%) сначала провоцировало увеличение урожайно­сти на +16,0% (до 28,2 ц/га), но последующее снижение этого показателя (до +17,5оС, или на –6,9%) уже сопрово­ждалось некоторым снижением уровня продуктивности (до 26,9 ц/га, или 110,7% к среднемноголетнему значе­нию). Сниженные температуры июля (на –14,4%, или до +17,9оС) сформировали наиболее оптимальные условия для завершающих фаз созревания культуры, которые оценивались значительным повышением урожайности (на +50,6%).

В зоне умеренно пониженных значений среднемесячных температур (не более чем на –20% к среднему значению) были зарегистрированы повышенные уровни продуктив­ности озимой пшеницы, в т.ч.: кроме показателей в мае, июне, июле и в сентябре, еще и декабре (оптимальная точка в –1,2оС) и в апреле (+8,25оС). В ноябре оптималь­ная точка температур была зафиксирована на уровне +1,27оС, или –36,1% к среднему значению.

Необходимо отметить довольно существенное сниже­ние уровня урожайности озимой пшеницы вследствие феномена повышенных температур в осенние месяцы года, а также в начале зимнего сезона. Так, в октябре тем­пературы, превышающие среднемноголетний уровень более чем на +23,6% (+11,0оС), сопровождались сниже­нием урожайности на –33,3% (при уровне температур выше +12,5оС). Аналогичные индексы для ноября соста­вили: –16,9% (при +6,3оС) и для декабря, соответственно: –28,0% (при –0,59оС). Исключительно акцентированной оказалась реакция растений на динамику температур января: вначале повышение их значений в интервале от среднемноголетнего уровня (–3,39оС) и до –2,5оС сопро­вождалось повышением уровня продуктивности культу­ры (на +29,2%), но затем при последующем увеличении выше критической (оптимальной) точки (всего лишь на +9,5%, т.е. до –2,4оС) было зарегистрировано существен­ное снижение урожая (на –45,7%, или до уровня в 13,2 ц/ га). Эти данные со всей очевидностью свидетельствуют о негативной реакции растений озимой пшеницы на осен­не-зимние продолжительные оттепели, провоцирующие падение уровня зимостойкости растений.

В зоне повышенных значений температур воздуха поло­жительная реакция растений (+26,3%) была отмечена в марте только в «ответ» на увеличение этого индикатора на 257,3% (т.е. до +6,15оС), а для показателей февраля было отмечено несущественное снижение урожайности (–4,1%) после повышения среднемесячных температур на +35,4% (до –1,38оС, или +0,49оС к среднемноголетнему значению).

Наиболее существенное снижение уровня продуктивно­сти озимой пшеницы было отмечено для повышенных температур апреля (на –18,5% урожая) при превышении среднемноголетнего уровня температур на +24,1% (до +12,2оС), соответственно: на –42,4% урожая при превы­шении этого индикатора на +25,1% (до +19,6оС) – в мае, на –52,3% урожая за +15,4% температур (до +21,7оС) – в июне и на –16,9% продуктивности за +11,2% средних зна­чений (до +23,3оС) – в июле.

II. Реакция растений озимой пшеницы на колебания параметров режима увлажнения по месяцам сель­скохозяйственного года.

а) Реакция на дефицит осадков. Анализ многолетних данных (1945-2015 г.г.) показал, что наиболее акценти­рованные снижения урожая этой культуры были заре­гистрированы в декабре (–44,8% от среднего много­летнего уровня), апреле (–56,8%), мае (–19,8%) и июне (–28,2%). При этом наиболее высокой отрицательная реакция растений на дефицит атмосферных осадков оказалась в декабре (–0,78% урожая за каждый –1,0% снижения объемов осадков), затем – в апреле (–0,75%) в июне (–0,60%) и мае (–0,28%). Парадоксально, но су­щественно сниженной оказалась реакция растений озимой пшеницы на дефицит среднемесячных осадков в осенний период: в сентябре (–6,2%), октябре (–8,2%) и ноябре (–9,9%), а также в отдельные месяцы других се­зонов: а марте (–6,6%) и июле (–16,3%). Более того, был отмечен феномен положительной реакции растений на дефицит осадков в январе (+4,9%) и феврале (+0,8%). В июле (в период фазы созревания зерна и проведения уборочных работ) была зарегистрирована оптималь­ная точка объемов атмосферных осадков при дефиците осадков в –23,7% (от многолетних объемов).

б) Реакция растений на избыток объемов атмосфер­ных осадков. Наиболее выраженной положительной реакцией на повышение объемов выпадающих атмос­ферных осадков обладали растения озимой пшеницы в феврале (+41,1% к +0,39% среднему многолетнему урожаю), апреле (+38,7%) и мае (+40,7%), что состави­ло, соответственно: в апреле: +0,368% за каждый +1,0% увеличения объемов осадков, в мае: +0,37% и +0,39% – в феврале. Более умеренным оказался прирост урожайно­ сти озимой пшеницы под влиянием существенно увели­ченных объемов осадков (+120+140% к норме), в т.ч.: в сентябре (+11,8%), в декабре (+11,1%) и в марте (+20,2%). Вместе с тем, отрицательной оказалась реакция растений на повышенные объемы осадков в октябре (–15,0% сни­жения урожая), декабре (–3,3%), январе (–1,7%) и июле (–10,7%). Для этих месяцев года были зарегистрированы оптимальные показатели этого метеоиндикатора, кото­рые находились на уровне: +40+50% к многолетним зна­чениям объемов осадков.

В целом, в течение периода вегетации менее всего уро­вень продуктивности озимой пшеницы был подвержен колебаниям в латитуде объемов атмосферных осадков в пределах от –20% до +50% к уровню многолетних значе­ний каждого месяца.

Кроме того, графическим методом было установлено, что в определенные месяцы года регистрируются т.н. «оптимальные» объемы осадков, превышение которых уже сопровождается снижением уровня продуктивности озимой пшеницы. А именно: в сентябре при выпадении более 90,0 мм, в октябре – 45,0, в ноябре – 67,8, в декабре – 46,5, в июне – 107,5 и в июле – 60,0 мм.

Таким образом, эффект избыточного увлажнения озимой пшеницы был обнаружен для всех месяцев осенне-зим­него, а также пред- и уборочного периодов сельскохо­зяйственного года.

III. Среднемесячные значения гидротермического коэффициента (ГТК, по Селиванову) и колебания уровня урожайности озимой пшеницы.

Анализ многолетнего объема данных по среднемесяч­ным значениям ГТК и определение их влияния на про­цесс формирования уровня продуктивности озимой пшеницы, выявил большое разнообразие в проявлении этого феномена (рис.3).

Так, влияние засушливых условий (от 0,2 до 1,0 ед.ГТК) наиболее отрицательно сказалось на процессе форми­ рования продуктивности этой культуры в апреле: –56,8% или по -8,6% падения урожайности за каждый –0,1 ед.ГТК (в интервале от 0,34 до 1,0 ед.ГТК). В июле этот индекс оказался несколько ниже: –3,07% урожая за –0,1 ед.ГТК и он последовательно снижался: в мае: –2,9%, в октя­бре: –1,3%; в июне: –1,07% и в сентябре: –0,77% падения уровня продуктивности озимой пшеницы за каждую –0,1 ед. снижения значений ГТК. Соответственно, это оцени­валось падением уровня урожайности на –2,08 ц/га за –0,1 ед.ГТК в условиях жестокой засухи в апреле, в –4,0 ц/ га – в июле, в –4,8 ц/га – в мае, в –2,2 ц/га – в октябре, в –2,9 ц/га – мае и в –1,5 ц/га – в сентябре.

Положительная последовательная реакция растений озимой пшеницы по мере увеличения значений ГТК (выше 1,0 ед.) была характерной для весенних месяцев: апреля и мая на всем протяжением изученных значений этого показателя. Так, повышение значений ГТК (с 1,0 до 2,81 ед.) сопровождалось повышением уровня продук­тивности культуры на +55,2% (или по +3,03% прироста урожая за каждый +0,1 ед.ГТК). В итоге, на всем протя­жении изученных значений ГТК (от 0,34 до 2,81 ед.) сум­марный показатель прироста урожая в апреле составил +95,5% (или +3,87% за каждый +0,1 ед.ГТК). Суммарный прирост уровня продуктивности озимой пшеницы в мае под влиянием увеличения значений ГТК (от 1,27 до 2,28 ед.) сопровождался повышением уровня продуктивности на +40,7%, что оценивалось приростом урожая в +4,03% за каждый +0,1 ед.ГТК. Это оказалось в 1,39 раза выше, чем темпы падения урожайности культуры под влиянием засушливых условий в этом месяце.

Кроме того, в зоне повышенных значений ГТК было зафик­сировано наличие оптимальных (критических) параметров ГТК*, превышение которых сопровождалось снижением уровня урожайности (умеренным для сентября и июня) и достаточно существенным – для октября и июля. Так, повы­шение уровня увлажнения выше оптимальной точки (с 1,92 до 2,38 ед.ГТК) провоцировало снижение уровня продук­тивности культуры со 117,3 до 114,8% – в сентябре. В июне увеличение с 1,91 до 2,34 ед.ГТК сопровождалось падением уровня урожайности: со 120,6% до 100,0 процентов. Ана­логичные феномены характеризовались: снижением про­дуктивности растений (со 120,2% до 85,0% при повышении значений ГТК с 1,68 до 2,42 ед. – в октябре и, т.е. на –35,2% соответственно: на –20,3% при увеличении параметров ГТК с 0,97 до 2,46 ед. – в июле. В апреле и в мае критических па­раметров ГТК не было зарегистрировано.

В целом, зона благоприятных параметров ГТК (когда колебания уровня урожайности не превышали ±10% от среднемноголетнего значения) была ограничена индексами: от 0,43 до 1,27 ед. – в сентябре, от 0,45 до 2,33 ед. – в октябре, от 1,09 до 2,81 ед. – в апреле, от 0,48 до 2,28 ед. – в мае, от 0,97 до 2,1 ед. – в июне и от 0,55 до 2,43 ед. – в июле.

Расчеты показали, что наиболее эффективное исполь­зование растениями природных ресурсов, определяе­мых индексами ГТК и, в первую очередь, осадков) было зарегистрировано в июле (+5,18% прироста урожая за +0,1 ед.ГТК), в июне (соответственно, +4,0%), в апреле (+3,87%), в мае (+3,09%) и менее эффективно: в октябре (+2,17%) и сентябре (+1,37% за +0,1 ед.ГТК).

С другой стороны, наиболее интенсивное снижение урожайности при дальнейшем повышении постопти­мальных значений ГТК было зарегистрировано в июне (–4,79% урожая за +0,1 ед.ГТК) и в октябре (соответствен­но –4,75%), но существенно ниже: в июле (–1,38%) и в сентябре (–0,54% за +0,1 ед.ГТК). Таким образом, наибо­лее восприимчивым к изменению значений ГТК растения озимой пшеницы оказались в июле, июне, мае и апреле и менее всего – в сентябре.

В заключение следует отметить, что средние мно­голетние значения метеофакторов оказались недо­статочно благоприятными для возделывания ози­мой пшеницы, особенно это касается повышенных температур сентября, но особенно – июня и июля, а также недостаточных объемов осадков в октябре, марте и апреле. Кроме того (и в первую очередь) не­гативное влияние оказывает нестабильность по­годных условий с/х года, в т.ч. частые проявления засушливых условий (особенно опасных для озимой пшеницы в весенний период), значительные колеба­ния и резкая смена температур воздуха в зимний пе­риод (в т.ч. продолжительные оттепели в декабре и, особенно, в январе, сменяемые затем резким похо­лоданием и т.п.). Все эти (и многие другие феномены) определяют необходимость адаптации к ним новых вариантов технологий возделывания, увеличения доли ранних предшественников (с целью накопления запасов влаги), а также создания и внедрения эколо­гически пластичных сортов, сочетающих (допол­нительно к комплексу ценных качеств) высокую зи­мо-морозостойкость с засухоустойчивостью.

*– значения ГТК в оптимальных (критических) точках: в сентябре: 1,92 ед., в октябре: 1,68 ед.; в июне: 1,91 ед., в июле: 0,97 ед.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *