Ecological Plasticity and Stability of Middle Early Potato Varieties in the Circumpolar in Tyumen Oblast

Research article
DOI:
https://doi.org/10.23649/JAE.2023.36.6
Issue: № 8 (36), 2023
Suggested:
10.07.2023
Accepted:
02.08.2023
Published:
18.08.2023
535
6
XML
PDF

Abstract

In the conditions of the Circumpolar in Tyumen Oblast for two years (2021-2022), 11 varieties of medium early ripeness group of domestic selection were tested in protected soil. Meteorological indicators (air temperature, precipitation) 2021-2022 did not allow to fully implement the productivity potential of medium early potato varieties. Two different methodologies were used to process and interpret the data, which allowed a more detailed study of varieties in terms of environmental plasticity and stability. An analysis of the data according to S.A. Eberhart and B.A. Rusell method established that varieties (genotypes) Bryansky Delikates (bi=11.62) and Krasavchik (bi=8.37) have high ecological plasticity, as the linear regression coefficient is greater than 1. The most homeostatic varieties Ilyinsky, Vasilyok and Vulkan are found, the coefficient of standard deviation of which is 0.02 and 0.08, which means that the reaction of these varieties to changes in cultivation technology for the worse will have an insignificant effect on the studied indicators. Calculation of adaptability parameters according to the method of R.A. Udachin determined that highly stable are the varieties Krasavchik (U = 147.60%) and Bryansk Delikates with a stability index stability coefficient of 133.93%. The stable ones include: Nevsky (112.79%), Vasiliek and Vulkan (102.84%), Ilyinsky (101.42%). The rest of the tested varieties can be regarded as unstable. The index of the environmental plasticity parameter showed the varieties Bryansky Delikates, Krasavchik and Sadon to be the most responsive to the improvement of cultivation conditions with intensity indices of 33.14, 23.87 and 20.31, respectively. All other varieties were less plastic (extensive), with the intensity coefficient varying from 0.71 to 7.84%.

1. Введение

В северных регионах страны увеличиваются риски производства картофеля в связи с суровыми климатическими особенностями, то есть потенциал продуктивности сортов напрямую зависит от действия условий внешней среды

,
. Ценными являются сорта, сочетающие высокие биологические, хозяйственные и технологические свойства с высокими показателями экологической стабильности и пластичности
,
,
, поэтому важным и актуальным вопросом в технологической цепочке возделывания картофеля остается его правильный выбор. Используемые агротехнологические приёмы (удобрения, орошение, пестициды, современные сельскохозяйственные машины и орудия) усиливают рост растений
,
, но уменьшают их устойчивость к экологическим стрессам, поэтому урожайность находится в тесной зависимости от устойчивости к неблагоприятным факторам внешней среды
,
,
. Правильно подобранные фенотипы (сорта) должны, во-первых, быстро адаптироваться и максимально реализовывать потенциальную продуктивность при изменениях агроклиматических параметров. Во-вторых, максимально использовать положительные воздействия внешней среды и противостоять стрессовым факторам: повышенным и пониженным температурам, вредителям, болезням и т.д. Хорошо зарекомендовавшие сорта по экологической пластичности и стабильности, помогут получать высокий и качественный урожай в суровых условиях Приполярья Тюменской области. В настоящее время разработаны разные методы определения экологической пластичность и стабильность сортов, часть которых будем использовать в данной работе. Цель исследований: изучить экологическую пластичность и стабильность по урожайности сортов картофеля среднеранней группы спелости отечественной селекции в условиях Приполярья Тюменской области.

2. Методы и принципы исследования

Исследования проводились в условиях защищенного грунта (не обогреваемой теплице) на участке Ямальской опытной станции – обособленного структурного подразделения ФГБУН ТюмНЦ СО РАН (г. Салехард) в 2021-2022 гг. и будут продолжены в последующие три года, это позволит проверить реакцию сортов на условия среды и дать рекомендации по возделыванию. Объект исследования – 11 сортов картофеля среднеранней группы спелости отечественной селекции, микроклубни были предоставлены ФГБНУ «ФИЦ картофеля им. А.Г. Лорха». Высадка в защищённый грунт проводилась вручную по схеме 75х35 см в трехкратной повторности. Метеорологические условия 2021 г. в период вегетации картофеля неоднородными. Фенологические фазы характеризовались умеренными температурами, соответствующими среднемноголетним значениям и недостаточным увлажнением в июне и августе, обильными осадками в июле. 2022 г. был крайне неблагоприятным для вегетации растений картофеля, отмечалась почвенная засуха, в целом осадков выпало 161,0 мм при норме 273,4 мм.  Температурный режим был на уровне многолетних величин. Учёты и наблюдения велись по общепринятым методикам. Статистическая обработка данных проводилась с применением методов S.A. Eberhart, B.A. Rusell, Р.А. Удачина, Б.А. Доспехова. Расчёт коэффициента линейной регрессии bi (экологической пластичности) и дисперсии δd2 (экологической стабильности) проводили по методике S.A. Eberhart, B.A. Rusell. Для определения bi в начале рассчитали индексы условий среды по формуле (1):

img
(1)

где ∑Yij сумма урожайности всех сортов за определённый год, ∑ ∑Yi j– сумма урожайности всех сортов за все годы, v – количество сортов, n – число лет. Далее для каждого сорта высчитали коэффициент регрессии, характеризующий экологическую пластичность по формуле (2):

img
(2)

где ∑YijIj – сумма произведения урожайности определённого сорта за определённый год на соответствующую величину индекса условий среды, Ij2 – сумма квадратов индексов условий среды. Коэффициент дисперсии (экологическая стабильность) определялась по формуле (3):

img
(3)

где ∑gij2 – сумма квадратов отклонений фактической урожайности от теоретической, n – число сортов.

По методике Р.А. Удачина показатель интенсивности (И) дает представление об экологической пластичности, а стабильность сортов по урожайности через расчёт показателя устойчивости индекса стабильности (У). Оценка сортов на благоприятный фон (И) ведется по формуле (4):

img
(4)

где Хср. – среднее значение урожайности у набора сортов (т/га), Хнаиб., Хнаим. – наибольшее и наименьшее значение урожайности выбранного сорта (т/га). Устойчивость индекса стабильности (У) рассчитывается (5):

img
(5)

где ИСср. – среднее значение индекса стабильности у набора сортов на всех фонах испытания, ИСнаиб., ИСнаим. – индексы стабильности сорта с наибольшим и наименьшим значением урожайности.

3. Основные результаты

Погодные условия 2021-2022 гг. не позволили в полной мере реализовать потенциал продуктивности среднеранних сортов картофеля, урожайность большинства их них была ниже в сравнении со стандартом (таблица 1), расчетный индекс условий среды приблизился к нулю (Ij=–0,04; 0,04). 

Таблица 1 - Индекс условий среды (Ij) и коэффициент линейной регрессии (bi)

Сорт

Урожайность, т/га

bi

2021 г.

2022 г.

средняя

1

Невский (стандарт)

2,38

2,56

2,47

2,25

2

Арктика

4,92

4,70

4,81

2,75

3

Брянский деликатес

5,53

6,46

6,00

11,62

4

Василёк

0,17

0,21

0,19

0,50

5

Вулкан

1,56

1,60

1,58

0,50

6

Ильинский

1,78

1,80

1,79

0,25

7

Красавчик

6,33

7,00

6,67

8,37

8

Надежда

0,46

0,58

0,52

1,50

9

Садон

1,62

1,41

1,52

2,63

10

Флагман

1,25

1,13

1,19

1,50

11

Экстра

4,43

3,86

4,15

2,25

НСР05

1,02

1,04

1,03

-

Ij

-0,04

0,04

-

-

4. Обсуждение

Максимальной урожайностью, существенно превышающий стандарт, характеризовались сорта Арктика (4,92; 4,70 т/га), Брянский деликатес (5,33; 6,46 т/га), Красавчик (6,33; 7,00 т/га) и Экстра (4,43; 3,86 т/га). Наиболее существенное снижение урожайность отмечено у сортов Василёк, Надежда и Флагман. В среднем за два года максимальными показателями увеличения урожайности характеризовались сорта Красавчик (+4,20), Брянский деликатес (+3,54), Арктика (+2,34), Экстра (+1,69) при НСР05=1,03 т/га. Высокой адаптивной способностью к условиям Приполярья по урожайности выделился сорт Красавчик с прибавкой урожая по отношению к стандартному сорту Невский 70,35%. На основании вычисленных коэффициентов линейной регрессии (bi) установлено, что часть изучаемых сортов (генотипов) показали высокую экологическую пластичность, так как bi>1. Наиболее пластичными являются сорта Брянский деликатес (bi=11,62) и Красавчик (bi=8,37). Часть сортов относиться к интенсивному типу, имеет урожайность более 2,0 т/га и обладает хорошей экологической пластичностью и коэффициентом регрессии более 1. Слабо реагировали на изменение условий среды сорта Василёк, Вулкан, Ильинский, показатели их продуктивности характеризовались низкой вариацией. Ценность сортов (генотипов) определяется показателями стабильности по урожайности, для этого были рассчитаны теоретические урожайности сортов (таблица 2). При этом можно выделить высокоурожайные сорта с высоким показателем теоретической продуктивности по годам Брянский деликатес – 5,99; 6,92 т/га и Красавчик – 6,66; 7,33 т/га. По экологической стабильности (gd2) изучаемые сорта показали следующие результаты: максимально устойчивыми (стабильными) к изменяющимся условиям были сорта Ильинский, Вулкан, Василёк и Надежда с низкими показаниями (0,02; 0,08 и 0,72 соответственно).

Таблица 2 - Теоретическая урожайность и стабильность сортов (gd2)

Сорт

Теоретическая урожайность, т/га

gd2

2021 г.

2022 г.

1

Невский (стандарт)

2,47

2,65

1,62

2

Арктика

5,03

4,81

2,42

3

Брянский деликатес

5,99

6,92

43,24

4

Василёк

0,19

0,23

0,08

5

Вулкан

1,58

1,62

0,08

6

Ильинский

1,79

1,81

0,02

7

Красавчик

6,66

7,33

22,44

8

Надежда

0,52

0,64

0,72

9

Садон

1,73

1,52

2,21

10

Флагман

1,31

1,19

0,72

11

Экстра

4,72

4,15

16,25

Для более объективного выбора сорта в технологической цепочке выращивания картофеля в суровых условиях Крайнего Севера необходимо по результатам урожайности дать оценку по интенсивности и устойчивости. Отклик сортов (генотипов) на улучшение условий возделывания был резко противоположный от интенсивного до экстенсивного типа. Выделились сорта (таблица 3) интенсивного типа Брянский деликатес (И=33,14%), Красавчик (И=23,87%) и Садон (И=20,31%), которые максимально использовали факторы внешней среды, реализовали генетическую потенциальную продуктивность в изменяющихся условиях и обеспечили максимальную прибавку урожая. К типу экстенсивных относились все остальные сорта с колебанием коэффициента интенсивности от 0,71 до 7,84%. Они реагируют на изменения антропогенное воздействие, при неблагоприятных условиях у них меньше снижаются показатели по сравнению с сортами интенсивного типа, что необходимо будет проверить в последующем экспериментировании.

Таблица 3 - Коэффициент интенсивности (И) и степень устойчивости индекса стабильности (У) сортов

Сорт

И, %

У, %

1

Невский (стандарт)

6,41

112,79

2

Арктика

7,84

84,37

3

Брянский деликатес

33,14

133,93

4

Василёк

1,43

102,84

5

Вулкан

1,43

102,84

6

Ильинский

0,71

101,42

7

Красавчик

23,87

147,60

8

Надежда

7,48

91,48

9

Садон

20,31

85,08

10

Флагман

2,85

91,48

11

Экстра

2,85

59,51

Гомеостаз изучаемых сортов выражается показателем устойчивости индекса стабильности

. Наиболее стабильными являются сорта Брянский деликатес с коэффициентом 133,93% и Красавчик – 147,60%. К стабильным относятся: Невский (112,79%), Василёк и Вулкан (102,84%), Ильинский (101,42%). Остальные испытуемые сорта можно считать нестабильными.

Расчёт вклада сорта и года исследования, влияющих на урожайность картофеля, показал, что сила влияния фактора А (сорт) составляет 68,80% (таблица 4), фактора В (год) – 18,30%, достоверно оказывают влияние взаимодействие и случайные факторы.

Таблица 4 - Математическая обработка урожайности сортов картофеля методом дисперсионного анализа

Источник вариации

Ошибка средней

(Sx)

Ошибка разности средних

(Sd)

Критерий Фишера фактический

(Fфакт.)

Критерий Фишера теоретический

(Fтеор.)

Вклад фактора в проявление признака, %

Фактор А (сорт)

0,03

0,04

150,6*

2,9

68,80

Фактор В (год)

0,03

0,04

5,0*

4,9

18,30

Взаимодействие АВ

0,05

0,07

2,1*

1,8

12,00

Случайные факторы

-

-

2,1*

1,5

0,90

Примечание: НСР05 для фактора А (сорт) – 1,02; В (год) и АВ – 1,03;

* – влияние достоверно на 5% уровне значимости

5. Заключение

По результатам двухлетней оценки в условиях воздействия крайне неблагоприятных факторов внешней среды Приполярья Тюменской области выявленные сорта картофеля Брянский деликатес и Красавчик обеспечили максимальные показателями экологической пластичности и стабильности по урожайности. Используемые методики S.A. Eberhart, B.A. Rusell и Р.А. Удачина в равной степени подтверждают сделанный вывод.

Article metrics

Views:535
Downloads:6
Views
Total:
Views:535