С.Ф. Коваль, В.П. Шаманин  "Растение в опыте"

 

Полевой опыт специально предназначен для изучения взаимодействия растения со всем почвенно-экологическим комплексом, включающим не только погоду и почву опытного поля, но и обочины, лесополосы, перелески, которые влияют на накопление снега и служат резервантами болезней, вредителей и сорняков. Даже если экспериментатор имел целью более узкую задачу, например, генетический анализ гибридной популяции, он обязан предусмотреть характер влияния естественного окружения его опытов и принять соответствующие меры. Так, для анализа расщепления по иммунитету мы подбираем опытное поле с соответствующим окружением на обочинах, которое обеспечит достаточное развитие инфекции.

В принципе, являясь биоценотическим, полевой эксперимент наиболее полно выявляет закономерности посева, а не организменного уровня организации. Характеристики продуктивности отдельного растения получаются в полевом опыте как средние значения по достаточно большим выборкам.

Большую сложность в интерпретации результатов полевого опыта создает полная зависимость его от погодных условий года. В силу этого, однолетние данные полевого опыта мало информативны. Достоверными считаются усредненные результаты не менее чем 3 лет наблюдения. Но и при большой продолжительности наблюдений возможны ошибочные выводы в связи с попаданием опытных лет на максимум или минимум солнечной активности [Сляднев, 1972; 1973]. 11-летний солнечный цикл, фактическая продолжительность которого колеблется от 8 до 14 лет, как известно, имеет более влажную фазу, с равномерным распределением осадков по годам и более сухую - с увеличенным числом засушливых лет. На этот основной климатический цикл накладываются возмущения, вызванные 30- и 60-летними циклами колебания климата. Особенно резкие отклонения погоды от среднего многолетнего значения наблюдаются при совпадении фаз нескольких циклов. И, напротив, совмещение максимума или минимума 11 -летнего цикла с противофазой более длительного взаимно гасит их эффекты.

По нашему убеждению, многие случаи замены более старых сортов на новые вызваны климатическими сдвигами в годы испытания новых претендентов, оказавшимися неблагоприятными для стандартов. Авторам известен и противоположный случай. В Государственном испытании находился первый в СССР сорт яровой пшеницы с комплексом иммунитетов к болезням - Лютесценс 101. В конкурсном испытании (влажные годы) он за счет иммунитета к бурой ржавчине ежегодно превосходил стандарт (Новосибирскую 67) на 3-9 ц/га. Но из четырех лет официального испытания три года были засушливыми, эпифитотии ржавчины отсутствовали, и его урожай был на уровне стандарта. После снятия его с испытания выпало подряд семь влажных лет с эпифитотиями, в условиях которых он мог бы реализовать свои достоинства. Но решение

о снятии с испытания было принято без анализа многолетнего распределения сухих и влажных лет. И, наоборот, годы конкурсного сортоиспытания иммунного сорта Терция (проводимого в ОмГАУ) были сухими и сорт не имел преимущества перед стандартами, поэтому не было убедительных данных для передачи его в государственное сортоиспытание. Было принято решение испытать этот сорт в условиях Челябинского НИИСХ, а затем Курганского НИИЗХ, где вероятность эпифитотийных лет выше, чем в Омске. Конкурсное сортоиспытание в КНИИЗХ выявило преимущество Терции над стандартами и сорт был передан в ГСИ [Шаманин,1994]. Годы государственного сортоиспытания Терции совпали с периодом достаточно влажных лет и уже по двум годам сорт был включен в Государственный реестр, ввиду существенного превосходства но урожайности над восприимчивыми сортами. Обо всем этом следует помнить при интерпретации данных полевых опытов и при определении числа лет, необходимых для получения достоверного результата. Желательно, чгобы климатические справочники данной зоны и издания наблюдений метеорологических пунктов были настольными книгами каждою экспериментатора, связанного с пост ановкой полевых опытов.

Для коррекции погодных условий в желательную сторону применяются такие испытанные средства, как засушники [В.П, Шаманин, 1994], полив дождеванием. Эффективным способом модифицирования погодных условий полевого опыта является изменение сроков сева [В.П. Шаманин, 1994]. В Западной Сибири сильное запоздание с посевом для процессов налива и созревания семян равносильно раннему наступлению осени. И, напротив, посев в ранние сроки дает ту же картину созревания, что и теплая сухая осень, а также высокая вероятность отрицательного воздействия на растения раннелетней засухи. Посев испытываемого материала в засушнике и в различные сроки (ранние, оптимальные, поздние) позволяет моделировать различные по влагообеспеченности условия для роста и развития растений, и в течение одного-двух лет провести скрининг на устойчивость к определенным типам засухи [ Шаманин, 1982; 1983]. К примеру, в 1980-1981 гг. с помощью засушника и сроков сева мы смогли смоделировать различные типы засухи, и вариант без засухи, что позволило эффективно оценить сорта и гибриды пшеницы на засухоустойчивость. В 1980 г. растения раннего срока сева (7 мая) подверглись воздействию типичной для Западной Сибири раннелетней засухе. При посеве во второй срок (21мая) условия внешней среды (по влагообеспеченности и температурному режиму) были достаточно благоприятными для роста и развития растений и этот вариант условно был принят за контрольный (вариант без засухи). В 1981 г. с помощью передвижного засушника с изоляцией грунтовых вод была создана комплексная засуха. Посев на естественном фоне подвергся воздействию летней засухи (во второй период вегетации растений), которая проявилась в 1981 г. Результаты опыта по массе зерна с растения приведены в таблице 5.2.[ Шаманин,1983].

Оценка сортов и гибридов в различных по влагообеспеченности условиях среды, позволила дифференцировать их по устойчивости к различным типам засухи. К примеру, при достаточной влагообеспеченности (вариант без засухи), сорт яровой пшеницы Иртышанка 10 существенно превосходил Лютесценс 34 по массе зерна с растения, а при раннелетней засухе - наоборот. Лютесценс 34 имеет удлиненный период кущения (18-20 дней-типичный для сортов западно­сибирской экологической группы), что позволило ему “пересидеть” неблагоприятные условия засухи в первый период вегетации. В условиях комплексной засухи (почвенная и атмосферная -засушник), выделился сорт Целинная 20, отличающийся высокой физиологической устойчивостью, и его гибриды.

Таблица 5.2. Масса зерна с растения у сортов и гибридов пшеницы в различных по влагообеспеченности условиях среды (опытное поле ОмСХИ, 1980-1981 гг.) Сорт Вариант без засухи Засуха раннелетняя летняя Комплекная (засушник) Р F1 Р F1 Р F1 Р F1 Мироновская 25 2,03 2,43 0,71 2,12 1,12 1,98 0,6 1,37 Чайка 1,89 2,57 1,52 2,25 1,42 1,85 0,92 1,26 Обрий 1,89 2,12 1.3 1,68 1,22 1,89 0,77 1.14 Красноводопаская 210 2,02 2,46 0,9 1,56 1,02 1,65 0,55 1,46 Тезпишар 2,04 2,34 2,18 1,99 1,94 2,01 1,09 1,24 Среднее по озимым 1,97 2,38 1,32 1,92 1,34 1,9 0,79 1,29 Иртышанка 10 2,56 2,47 1,59 1,56 1,72 1,92 1.14 1,2 Целинная 20 2,55 2,6 1.66 1,84 2.02 1.98 1,39 1.51 Лютесценс 34 2,27 2,07 1,83 2,36 1,98 1.8 1,25 1,18 Среднее по яровым 2,46 2,38 1,69 1,92 1,91 1,9 1,26 1,29 НСР05 0,3 0,3 0.27 0,27 0,16 0.16 0,16 0,16

 

Для Западной Сибири и Северного Казахстана характерна июньская засуха при максимуме осадков в июле. Получение урожая в этом случае зависит от того, хватит ли зимнего запаса влаги до начала июльских дождей. Ранние посевы в этих условиях быстро расходуют водный запас и страдают от засухи даже в благоприятные годы. Поздние же посевы развиваются без водного дефицита даже в засушливые годы. Закладывая полевой опыт в 3 срока посева, можно постоянно, независимо от типа года, иметь варианты засухи и нормального роста растений. Иная картина распределения влаги в Поволжье ( рис. 5.5), где летний максимум отсутствует, и происходит неуклонное иссушение почвы. Здесь лучший водный режим имеют самые ранние посевы, запаздывание провоцирует развитие засухи даже в годы с большим стартовым запасом влаги.

В широких пределах микроклиматические условия полевого опыта можно изменить, подбирая для него участки склона с различной ориентацией. Размещение на северном склоне создает фон более медленного испарения влаги, слабого прогрева почвы и увеличения вероятности заморозков [Шульгин, 1967]. Все это равноценно перемещению опыта на север от реального пункта проведения работы. На южном склоне быстро происходит оттаивание почвы и активизация ее микрофлоры, а испарение идет интенсивно. Удлиняется безморозный период, и увеличивается полуденный максимум температуры на поверхности почвы и в воздухе. В итоге, общие изменения микроэкологии имитируют перенесение опыта в более южный географический пункт. Даже беглого взгляда на растительность северного и южного склонов бывает достаточно, чтобы наглядно представить, какие возможности заключены в сравнении вариантов испытания сортов на различно ориентированных склонах. Сочетание же маневра сроками сева и размещения опыта на различных склонах создает еще больше возможностей модификации микроклимата, позволяет получить необходимые метеокомплексы почти в любой год.

Р и с. 5.5. Сезонное распределение осадков в Поволжье (А), в Западной Сибири (Б) и развитие засухи при разных сроках посева (1) и колошения (2)

При конструировании засушника необходимо предусмотреть возможность его перемещения (по рельсам). Опытный участок должен укрываться, с помощью засушника, только на периоддождя. После дождя засушник вновь передвигается на холостую стоянку. Передвижной засушник позволяет свести к минимуму влияние на растения «оранжерейного эффекта».

При близком залегании грунтовых вод (1-1,5 м) возникает необходимость изоляции от них опытного участка. Без изоляции “эффект” засушника будет нулевой, так как корневая система проникает на глубину более 1 м, достигает грунтовые воды и эффективно их использует, что равносильно поливу. Авторы убедились в этом на собственном опыте, в результате чего возникла необходимость сконструировать засушник с изоляцией фунтовых вод. Грунтовые воды могут изолироваться с помощью полиэтиленовой пленки. Для этой цели со всей поверхности опытного участка вынимают почву на глубину 1,2 м и складывают ее строго по горизонтам. Дно и боковые стенки траншеи застилают сплошной полиэтиленовой пленкой в 4 слоя (для прочности) и засыпают почву по горизонтам в обратном порядке [Шаманин, 1983]. Конструкция засушника показана на иллюстрации.