1. Введение

По прогнозам ООН, к 2050 году население мира составит 9,3 миллиарда человек, что потребует увеличения мирового производства сельскохозяйственных культур на 70–100%, чем производится в настоящее время

[8][5][4][6][7]

Рапс требовательная к плодородию почвы культура, высоких урожаев можно достичь лишь при удовлетворении растений в удобрениях в нужном количестве и оптимальном соотношении. Азотные удобрения оказывают наиболее значительное влияние на рост и развитие растений рапса.

Рапс имеет низкую эффективность использования азота (NUE), при этом отношение содержания азота в растениях к поступающему азоту часто не превышает 60% [3].В настоящее время низкий NUE стал одним из важных лимитирующих факторов для повышения урожайности рапса. Пути повышения эффективности использования азота, сокращения использования азотных удобрений и увеличения урожайности рапса являются научными проблемами, которые не решены [9].

Цель исследования — изучить характер формирования продуктивности и его качества на различных фонах азотного питания у озимого и ярового рапса, что позволяет предполагать различия и сходства в системе поглощения и метаболизма азота у этих форм, с целью использования этих данных в селекции азот-эффективных сортов рапса.

Задачи исследования:

1.

2. Оценить изменение качества семян (содержание жира) в зависимости от уровня азотного питания.

3. Проанализировать изменение морфофизиологических показатели растений (высота, количество ветвей, стручков, густота стояния) под действием разных доз азота.

4. Сравнить реакции озимого и ярового рапса на азотные удобрения для выявления сходств и различий в их метаболизме азота.

5. Определить оптимальные дозы азотных удобрений, обеспечивающие баланс между урожайностью, качеством семян.

6. Выявить корреляционные связи между урожайностью и структурными элементами урожая для обеих форм рапса.

2. Методы и принципы исследования

Опытные посевы размещались в селекционном севообороте ТатНИИСХ. Почва – серая-лесная, хорошо окультуренная, типичная для зоны. Почвы на участке ярового рапса средне гумусированны, близкие к нейтральным, содержание подвижных форм фосфора высокое, калия повышенное. Почвы на участке озимого рапса низко гумусированны, слабокислые, содержание щелочногидролизуемого азота высокое, подвижных форм фосфора - очень высокое, калия низкое. Фосфорные и калийные удобрения были внесены на планируемый урожай 30 ц/га (на основании расчетно-балансового метода). Подкормку азотными удобрениями (аммиачная селитра) на озимом рапсе проводили весной вручную, после схода снега, на яровом рапсе азотные удобрения были внесены под весеннею культивацию. Содержание жира в семенах определяли по ГОСТ 10857-64. Способ размещения делянок систематический в четырехкратной повторности, площадь учетной делянки озимого рапса 46 м2, ярового рапса 18 м2. Оценивался урожай озимого рапса, полученный в 2007 году, а ярового рапса в 2009 году. В эти годы получен максимальный урожай этих культур. Испытывался сорт озимого рапса Галицький (Украина), ярового рапса Ратник (оригинатор ВНИИМК, создан в Липецком институте рапса). Варианты опыта: N0, N60, N90, N120 кг д.в./га. Закладку полевых опытов, биометрические измерения, определение структурных элементов урожая (методом разбора снопового материала) проводили по методике ВНИИМК [2]. Статистическую обработку результатов исследований проводили на основании методики полевого опыта [1].

3. Основные результаты

Яровой рапс демонстрирует линейную зависимость продуктивности от дозы азота в исследованном диапазоне. С увеличением фона азотного питания, у ярового рапса сорта Ратник повышается урожайность. Максимальная урожайность достигнута на варианте N90 и N120, разница в урожайности между этими вариантами не достоверна. Урожайность озимого рапса сорта Галицький также изменялась под влиянием азотной подкормки, но если увеличение урожайности у ярового рапса при внесении азотных удобрений изменялось от 17 до 31%, то у озимого рапса от 3 до 12% (рисунок 1).Снижение влияния азотных удобрений у озимого рапса связанно с тем, что использование азотного удобрения растениями находится в тесной связи с погодными условиями, температура воздуха в третьей декаде апреля, в первой декаде мая была на 33% ниже, а сумма осадков за этот период на 60% больше нормы, что привело к инфильтрации азота в почве. Максимальная урожайность у озимого рапса была достигнута на варианте N60 21,0 ц/га, достоверных различий в урожайности варианта N120 по сравнению с контролем не отмечается, снижение урожайности на вариантах N90 и N120, по сравнению с вариантом N60 связано со снижением устойчивости к полеганию на 3–4 балла. Сбор масла у ярового рапса увеличивается при внесении азотных удобрений, у озимого рапса сбор масла достоверно увеличивается на варианте N60, по сравнению с вариантом N0. Динамика сбора жира тесно коррелирует с урожайностью для обеих форм. Максимальное содержание жира достигается при тех же дозах, что и максимальная урожайность.

Внесение азотных удобрений у ярового рапса привело к увеличению содержания масла в семенах на фоне азота N60 и N90 по сравнению с контролем на 3,0 и 3,1% (рисунок 2).Азотные удобрения у озимого рапса повысили содержание масла в семенах только на варианте N60. Как у ярового, так и у озимого рапса отмечается снижение содержания масла при увеличении дозы азотной подкормки с N90 до N120. Высокий коэффициент детерминации (R²) близкий к 1 указывает, что вариация содержания жира в семенах преимущественно объясняется изменением доз азота, и не существенны влияния других факторов (погодные условия, почвенные характеристики и т.д.).

Озимый и яровой рапс имеют различия по формированию ценоза к уборке, изживанию стеблестоя в течение вегетации, минимальное количество растений отмечено на вариантах без азотных удобрений, как у озимого, так и ярового рапса. Оптимальные дозы азота (N60–N90) обеспечивают максимальную густоту стояния для обеих форм рапса. Превышение дозы N120 приводит к снижению количества растений, особенно у озимого рапса (–22% по сравнению с N90) (таблица 1).

При увеличении дозы азотных удобрений у ярового и озимого рапса происходит увеличение высоты растений, но у озимого рапса при N120 наблюдается чрезмерный рост (154 см), повышающий риск полегания. Выявлено достоверное увеличение количества ветвей у растений уже на варианте N60 по сравнению с вариантом без азотных удобрений. Количество ветвей достигает максимума при N90 для ярового (4,0 шт.) и озимого (6,9 шт.) рапса.

При изменении фона азотного питания очевидны изменения в количестве сформировавшихся стручков, максимальное количество на вариантах N60, N90, что подтверждает их роль в формировании урожая.

Масса 1000 семян остается стабильной у ярового рапса, но снижается у озимого при N120 (–15,4% к контролю), что может быть следствием перераспределения ресурсов в пользу вегетативной массы.

Озимый рапс формирует более мощный стеблестой и большее количество стручков, но сильнее реагирует на избыток азота (полегание, снижение массы семян). Яровой рапс демонстрирует устойчивый рост продуктивности до N120, но с меньшей абсолютной урожайностью.

Проведенный корреляционный анализ взаимосвязи урожайности с изученными показателями показал, что при изменении фона азотного питания у ярового рапса все морфометрические показатели (кроме массы семян) имеют сильную связь с урожайностью, у озимого рапса отмечаются более сложные нелинейные зависимости (таблица 2).

Сильная корреляционная зависимость между урожайностью с количеством стручков на растении (r=0,91– 0,94) и количеством ветвей (r= 0,86– 0,90) выявлена у обеих форм рапса, что подтверждает предположения о ключевой роли азота в процессах репродуктивного развития рапса [10]. Слабая корреляционная зависимость с массой 1000 семян (r=-0,35...0,12) свидетельствует о независимости этого параметра от азотного питания у изученных сортов как у озимого, так и ярового рапса. У ярового рапса выявлена сильная линейная корреляционная связь между урожайностью и высотой (r=0,85***), тогда как у озимого рапса дифференцированная зависимость, сильная положительная при N0, N60 (r=0,82**) и сильная отрицательная при N120 (r=-0,78**).

Как уже было отмечено, характер изменения морфологических признаков и структуры посева под действием азотных подкормок на растения ярового и озимого рапса имеет схожий характер. Наглядно это можно представить в виде соотношения на варианте N0 и вариантах с применением азотных удобрений (таблица 2).

Обе формы рапса демонстрируют одинаковую направленность изменений. Линейное увеличение высоты растений (максимум +20,8% у ярового и +24,2% у озимого). Куполообразную динамику количества ветвей (пик +60% и +30,2% соответственно при N90). Выявлены параллельные изменения структуры ценоза, оптимальная густота достигается при N90 (+95% и +121,8% соответственно). Сходная редукция продуктивности при перенасыщении азотом (N120).

4. Заключение

1. Максимальная урожайность ярового рапса достигалась при дозах N90 и N120 (прирост 17–31% по сравнению с контролем). Для озимого рапса оптимальной оказалась доза N60 (урожайность 2,1 т/га), тогда как увеличение дозы до N120 приводило к полеганию растений и снижению урожайности.

2. Содержание жира в семенах увеличивалось на 3,0–3,1% при дозах N60 и N90 для ярового рапса и при N60 для озимого. Дальнейшее увеличение дозы азота (N120) снижало содержание жира.

3. Увеличение дозы азота приводило к росту высоты растений, но у озимого рапса при N120 наблюдалось чрезмерное удлинение стебля (154 см), повышающее риск полегания. Количество ветвей и стручков достигало максимума при N90 для обеих форм рапса.

4. Обе формы демонстрировали схожие тенденции в изменении урожайности, содержания жира и биометрических показателей. Различия были связаны с особенностями онтогенеза: озимый рапс сильнее реагировал на избыток азота (полегание, снижение массы семян), тогда как яровой рапс сохранял устойчивый рост продуктивности до N120.

5. Оптимальные дозы азота: N60–N90 для обеих форм рапса. Эти дозы обеспечивали баланс между урожайностью, качеством семян и экологической устойчивостью.

6. Сильная корреляционная зависимость урожайности отмечалась с количеством стручков (r=0,91–0,94) и ветвей (r=0,86–0,90) у обеих форм. Слабая зависимость от массы 1000 семян (r=-0,35–0,12). У ярового рапса выявлена линейная связь урожайности с высотой растений, у озимого — нелинейная.

Результаты исследования подтверждают гипотезу о низкой генотипической вариабельности рапса в отношении азотного питания. Различия в реакции сортов, вероятно, связаны с особенностями их онтогенеза и внешними условиями, такими как погодные факторы. Полученные данные подчёркивают важность оптимизации доз азотных удобрений для достижения баланса между урожайностью, качеством семян и экологической устойчивостью. 

The additional file for this article can be found as follows: