Оценка устойчивости коллекционных образцов озимой пшеницы к стрессовым факторам зимнего периода

Важнейшей частью сельскохозяйственного производства является возделывание зерновых культур. Особое место среди них занимает озимая пшеница, ее роль в продовольственном обеспечении России сложно переоценить. Озимые зерновые культуры возделываются практически во всех зерносеющих регионах России.

Озимая пшеница — основная зерновая продовольственная культура Центрального Черноземья (ЦЧЗ). Ежегодно в посевах региона культура занимает 2,2–2,5 млн га, что составляет около 20% всех посевных площадей в Российской Федерации. Эти показатели не предел, так как посевы пшеницы в последние годы имеют тенденцию к дальнейшему увеличению. Однако урожайность и валовые сборы зерна в ЦЧЗ, особенно на юго-востоке региона, могут значительно изменяться по годам.

Одним из факторов, отрицательно влияющим на количественные и качественные показатели производства зерна озимой пшеницы, являются климатические (гидротермические) условия региона. При этом показатели, их составляющие, — динамическая величина, непостоянная как по годам изучения, так и по фазам развития растений.

К числу основных метеорологических факторов, от которых зависит перезимовка озимой пшеницы, относятся температура, влажность почвы и воздуха, снежный покров и его состояние. В зависимости от сочетания этих факторов формируется тот или иной агрометеорологический комплекс условий перезимовки. К повреждающим пшеницу факторам в первую очередь относятся низкие температуры, вызывающие вымерзание растений, резкие колебания температур с глубокими оттепелями, приводящими к образованию притертой ледяной корки. Длительное пребывание озимой пшеницы под глубоким снежным покровом может вызвать поражение ее грибными болезнями и стать причиной выпревания.

Вопрос зимовки растений особенно актуален в свете современных изменений климата. В целом годовые максимумы температуры летом на территории России менее характеризуют глобальное потепление, чем годовые минимумы (зимние экстремумы), то есть статистически значимые изменения температуры воздуха приурочены именно к холодному периоду, а изменение климата в первую очередь сказывается в потеплении зим. Именно поэтому изучение агрометеорологических условий зимовки и отклика сельскохозяйственных культур на наблюдаемые изменения климата является актуальной и практически важной задачей.

Цели исследований — изучение и выделение зимостойких и устойчивых к повреждающим факторам холодного времени года коллекционных образцов мягкой озимой пшеницы из мировой коллекции ВИР в условиях Московской области.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в 2021–2023 гг. в пос. Михнево Московской области на полях отделения генофонда и биоресурсов растений ФГБНУ ФНЦ Садоводства.

Объектами исследований являлись образцы озимой пшеницы из мировой коллекции ВИР отечественной и зарубежной селекции, которые были поделены на 13 групп в зависимости от эколого-географического происхождения (рис. 1).

Стандартом определен сорт озимой пшеницы Московская 39.

Посев проводили по чистому пару на делянках площадью 2 м2. Норма высева — 500 шт/м2.

Почва участка дерново-подзолистого типа, характеризуется повышенной кислотностью (4,5–5,6), низким содержанием гумуса (2,25%), малой мощностью гумусового горизонта. Содержание доступного фосфора в пахотном горизонте на опытном участке — 18,5–19,5 мг / 100 г воздушно-сухой почвы, щелочно-гидролизуемого азота — 9,29–10,74 мг / 100 г, калия — 17,81–19,78 мг / 100 г.

Исследования проводили согласно методическим указаниям по изучению мировой коллекции пшеницы. Шкала оценки перезимовки озимых культур: сохранность растений ниже 30% — очень низкая (1 балл), 51–70% — средняя (5 баллов), 71–90% — высокая (7 баллов), более 90% — очень высокая (9 баллов).

Устойчивость к снежной плесени (Microdochium nivale (Fr.) Samuels & I.C. Hallett (= Fusarium nivale (Fr.) Ces. еx Berl. & Voglino) оценивали после схода снега, используя шкалу В.А. Корнеева и В.М. Берлянд-Кожевникова (1980 г.) в модификации отдела пшениц ВИРа: 9 балл — высокоустойчивый (0-10% поражения растений), 7 — устойчивый (до 40%), 5 — среднеустойчивый (до 60%), 3 — слабоустойчивый (до 80%), 1 — сильновосприимчивый (до 100%).

В Московской области, по данным метеонаблюдений (Метеостанция «Сокол М» (Россия), ФНЦ Садоводства, пос. Михнево), условия холодного времени года за 2021–2023 гг. исследований были неблагоприятными для хорошей перезимовки озимой пшеницы (рис. 2, 3), регистрация погодных условий велась сотрудниками института.

2020–2021 гг. В 2020 году длительный период без заморозков до конца октября способствовал кущению озимой пшеницы и постепенной акклиматизации зимующих растений. Снежный покров с III декады ноября надежно защищал растения от первых морозов. Он был довольно высоким (34–78 см) в период максимальных морозов (ниже -20 °С), которые отмечали в январе (4 дня), феврале (9 дней) и марте (2 дня). Температуру ниже -30 °С отмечали только однажды — 16 февраля (-30,3 °С). Несмотря на оттепели, снежный покров сохранялся в течение зимы и до начала апреля, но в феврале был слишком плотный, с образованием притертой ледяной корки, что является неблагоприятным фактором для перезимовки озимых.

2021–2022 гг. Осень 2021 года (с сентября по I декаду октября) по температурным показателям была холоднее нормы в 1,1 °С, в дальнейшем (во II декаде октября и ноябре) — теплее (на 2,8 °С) по сравнению со среднемноголетними значениями. Ночные заморозки отмечали с 18 сентября, а отрицательные среднесуточные температуры — эпизодически, в ноябре.

Температурный минимум осени — 9,8 °С. Превышение нормы по количеству осадков отмечали во II и III декадах сентября, III декаде ноября. К концу осени устойчивый снежный покров не сформировался. Зима 2021–2022 гг. была теплая относительно среднемноголетних значений. Морозы ниже -20 °С отмечали в декабре — 2 дня (минимум — -25 °С). В течение зимних месяцев нередко отмечали положительные дневные температуры воздуха (до +1 °С). Показатели среднедекадных температур воздуха (-5,5–6,4 °С) были выше среднемноголетних значений (на 1,7–3,0 °С). Обильные осадки отмечали в течение месяца регулярно, они в 2,4 раза превысили норму. Высота снежного покрова к концу месяца увеличилась до 51 см. Из-за оттепелей (до +1 °С) отмечали уплотнение снежного покрова и образование притертой ледяной корки.

В феврале среднедекадные температуры воздуха (-0,6–4,8 °С) были выше среднемноголетних значений (на 4,0–7,7 °С). С 7 февраля в дневные часы отмечали положительные температуры воздуха (до +6 °С). Недобор осадков был в 1,6 раза меньше месячной нормы. Высота очень плотного снежного покрова к концу месяца уменьшилась до 26 см.

В марте (в I и III декадах) среднедекадные температуры воздуха были выше среднемноголетних значений (на 0,9–1,6 °С). Температура изменялась в широких пределах (от -15,1 до +9,7 °С), ночью была отрицательной, вследствие чего снежный покров переуплотнялся и снижался очень медленно. Высота снега к концу II декады марта составила 20 см, что всего на 6 см ниже, чем в конце февраля. С 26 по 31 марта выпало 9,5 мм осадков в виде снега с дождем, что на 0,4 мм выше нормы. Общее количество выпавших осадков за март ниже месячной нормы в 2,7 раза. На конец месяца высота снежного покрова составляла 7 см. Снежный покров полностью сошел к концу I декады апреля.

2022–2023 гг. Осень 2022 года отличалась превышением осадков выше нормы (на 32,4 мм). Среднедекадная температура воздуха превышала среднемноголетние значения (на 1,4 °С). Морозный период был прерван кратковременным потеплением 22–23 ноября (до +0,5 °С), прошел ледяной дождь, а на земле образовалась толстая ледяная корка, которая сохранялась под снежным покровом всю зиму. Высота снежного покрова осенью достигала 10 см.

Зима по большинству показателей среднедекадных температур воздуха была теплее нормального уровня (в среднем на 2,1 °С). Оттепели были непродолжительными (до 4 дней). Температуру воздуха ниже -20 °С фиксировали в отдельные часы 6–8 января (минимум — -25,5 °С). Всю зиму сохранялся снежный покров, а под ним — толстая ледяная корка, сформировавшаяся в конце осени. Сумма выпавших осадков за зиму превышала норму (в 2,1 раза), но, поскольку была высока доля дождевых осадков, высота снежного покрова составила не более 48 см.

Результаты и обсуждение

Вопрос перезимовки является важным фактором в исследованиях по созданию зимостойких, продуктивных, высококачественных сортов озимой пшеницы.

В 2021–2023 гг. сложились неблагоприятные условия для перезимовки озимой мягкой пшеницы, и зимостойкость в среднем по питомнику составила 5,3 балла (табл. 1).

Оценка результатов исследований коллекционных образцов озимой пшеницы выявила значимые различия по перезимовке у образцов различного эколого-географического происхождения. Высокий уровень перезимовки был отмечен у групп сортов Беларусь (5,7 балла), Латвия (5,9 балла), Финляндия (5,6 балла). Наименее устойчивыми к условиям перезимовки показали сорта селекции Дания (4,3 балла). Высокий уровень устойчивости к снежной плесени отмечен у образцов из Беларуси, Дании, Норвегии, России и Финляндии (от 7,0 до 9,0 баллов).

Основные факторы, влияющие на перезимовку озимой пшеницы: метеорологические условия, зимостойкость культуры, особенности агротехники. Значительными физиологическими причинами повреждения и гибели растений в зимний период являются вымерзание, повреждение притертой к почве ледяной коркой, выпревание, вымокание, выпирание и выдувание растений.

В Московской области часто встречаются два типа повреждения озимой пшеницы в зимний период — выпревание и ледяная корка. Ледяная корка образуется при чередовании понижения и повышения температуры воздуха (морозы, оттепели), при недостатке снежного покрова. На поверхности почвы она нарушает процесс воздухообмена у озимых культур и приводит к механическому повреждению растений. Причины гибели растений под ней различны в зависимости от ее положения (нависшая, притертая).

Наибольший вред растениям наносит ледяная корка толщиной более 3 см (рис. 4а,б), которая лежит на полях более 30 дней и наносит механические повреждения.

Притертая ледяная корка наносит повреждения в виде выпирания растений, обрыва корневой системы, механического повреждения узлов кущения (рис. 5).

Условия перезимовки растений в 2021–2022 гг. начинались благоприятно, при устойчивом снежном покрове высотой 0,25–0,30 м. Количество выпавших осадков за зиму, несмотря на их недобор в феврале, превышало среднемноголетние значения (в 1,4 раза). Снежный покров до 52 см сохранялся в течение зимы. Из-за оттепелей (до +1 °С) отмечали уплотнение снежного покрова и образование притертой ледяной корки. Из-за длительного нахождения растений под притертой ледяной коркой, неблагоприятно отразившегося на жизнеспособности растений озимых зерновых культур, отмечен выпад (до 40%) коллекционных образцов. Перезимовка составила 60%.

По устойчивости к ледяной корке (9 баллов) выделились образцы: Англия — к-45331 Rothwell Perdix; Польша — к-45648 Dankowska biala, к-45649 Chorynska, к-46588 Dankowska jasna; Швеция — к-44859 Sv 59587, к-45003 1-2-9; Германия — к-45702 Meister, к-46607 Sylvia, к-46618 Poros.

Основной повреждающий фактор зимнего периода в Нечерноземной зоне Российской Федерации озимой пшеницы — выпревание. Оно встречается главным образом в районах с тяжелыми суглинистыми почвами, плохой водопроницаемостью, где продолжительное время (4–5 месяцев) сохраняется высокий снежный покров при температуре почвы около 0 °С, что приводит к выходу растений из состояния покоя, повышению интенсивности дыхания и расходованию питательных веществ растением. Однако чаще условия выпревания создаются во второй половине зимы, когда растения подвергаются поражению грибковыми заболеваниями.

Экономический порог вредоносности болезнями выпревания (снежной плесенью и склеротиниозом) составляет 20% пораженных растений (рис. 5В).

Зима 2020–2021 гг. характеризовалась чередованием морозных периодов с оттепелями. Морозы ниже -20 °С отмечали в январе (4 дня) и феврале (9 дней), ниже -30 °С — только 16 февраля (-30,3 °С). В течение зимы сохранялся снежный покров, в январе — феврале он был высокий (до 78 см), плотный, с образованием притертой ледяной корки.

Весной 2021 года на посевах коллекции озимой пшеницы отмечено сильное поражение розовой снежной плесенью (36% образцов) из-за образовавшейся ледяной корки на ушедших под зиму растениях и вследствие неблагоприятной перезимовки генофонда озимых культур. Несмотря на поражение болезнью (в 6,4 балла), полной гибели растений не наблюдалось. Перезимовка составила 80%.

При проведении визуальной оценки был идентифицирован возбудитель болезни Microdochium nivale (Fr) Samuels & I.C. Hallett (=Fusarium nivale (Fr.) Ces. ex Berl. & Voglino). Симптомы болезни: искривление и гибель растений с беловатым налетом, изреживание посевов (рис. 5в).

На поврежденных листьях отмечены водянистые пятна с бело-розовым паутинистым налетом грибницы и конидиального спороношения. Листья склеиваются и отмирают. Затем разрушается узел кущения.

На погибших растениях при микроскопировании можно увидеть сумчатое спороношение гриба в виде красноватых округлых плодовых тел перитециев (рис. 5а). При сильном развитии болезни на посевах образуются пятна с отмершими растениями, захватывающими иногда большие площади (рис. 5б).

Среди изученных 347 коллекционных образцов большинство относились к высокоустойчивым и устойчивым к розовой снежной плесени (9–7 баллов), средней устойчивости (5 баллов) — 61 образец, слабой устойчивости (3 балла) — 64 образца. Полностью погибших образцов не отмечено.

По сочетанию высокой устойчивости к снежной плесени (9 баллов) и высокой урожайности (более 500 г/м2) выделились следующие образцы: Россия — МРт-833 (к-59228), МГс-2287-т (радиокарлик) (к-60071), МРт-340 (к-59233), Лютесценс 103 (к-55955), М 15/6 остистый (к-59239); Беларусь — Сузорье (к-59245); Дания — Trifolium 33 (к-56290); Польша — Juma (к-64054); Германия — Criewener 2865/69 (к-52862); Англия — Wizard (к-57229).

Осенне-зимний период 2022–2023 гг. отмечен кратковременным потеплением (+0,5 °С) в конце ноября и осадками в виде дождя, которые сформировали ледяной панцирь на листьях пшеницы, сохранившийся на ушедших под зиму растениях. Последующая смена повышения и понижения температуры на протяжении всего зимнего периода вдобавок привела к образованию ледяной корки. Снежный покров сохранялся до конца марта. К концу весеннего периода отмечено выпирание растений на делянках (рис. 6).

Весной проведена полевая оценка на пораженность снежной плесенью, отмечено поражение образцов (5–7 баллов). Из-за условий перезимовки и последующего поражения коллекционных образцов патогеном отмечена гибель у 16 образцов (4,5%). 86 образцов (24,5%) получили сильные повреждения, но сохранили от 5 до 20% всходов, 248 образцов (71%) перезимовали удовлетворительно. Перезимовка составила 40%.

По совокупности высокой устойчивости к снежной плесени (9 баллов) и высокой урожайности (более 700 г / 2 м2) выделились следующие образцы: Россия — к-53738 Эритроспермум 15746, к-40574 Тормовчанка, к-40641 Красный гибрид, к-40710 Мильтурум 5811; Финляндия —  к-44704 Jo 01177, к-34005 Jtasuomalainen; Германия — к-43054 St 3876 50, к-40658 Dorenburger Silber, к-41230 Schliephakes Dickkopf, к-41237 Hybrid; Польша — к-43183 Wysokolitewka sztywnosloma; Латвия — к-41557 Мильтурум 5, к-41559; Швеция — к-43039 Sv 28/1056.

Выводы

Проведена оценка образцов различного эколого-географического происхождения по степени устойчивости к снежной плесени и перезимовке в условиях Московской области. За 2021–2023 гг. изучения перезимовка озимой пшеницы значительно колебалась — от 40% в 2023 г. до 80% в 2021-м. Гибель озимой пшеницы была спровоцирована выпреванием культуры и повреждением ледяной коркой в зимний период.

Наиболее адаптированными к выпреванию и устойчивыми к снежной плесени оказались образцы из группы Дания, Англия, Беларусь, Россия, Польша, Финляндия, Швеция, обеспечив перезимовку образцов на уровне 7–9 баллов. По устойчивости к ледяной корке выделились образцы из группы Англия, Польша, Швеция, Германия (9 баллов). Полученные результаты представляют большой интерес для использования в селекционном процессе озимой мягкой пшеницы.

В результате исследований установлено, что тенденция к частым оттепелям в зимний период приводит к увеличению таких явлений, как ледяная корка и выпревание на растениях озимой пшеницы, что провоцирует развитие снежной плесени на растениях и, как следствие, приводит к повреждению растений, а иногда и их полной гибели.

Об авторах

Юлия Владимировна Афанасьева; кандидат сельскохозяйственных наук

Yuliya_afanaseva_90@bk.ru; https://orcid.org/0000-0003-2982-919X

Федеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководства, ул. Загорьевская, 4, Москва, 115598, Россия

УДК633.111: 631.529
DOI: 10.32634/0869-8155-2024-388-11-122-128