АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ ИЗМЕНЕНИЙ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВ СТАНДАРТНЫХ СОРТОВ ОВСА И ЯЧМЕНЯ В 1980 – 2011 ГГ. Л.Ю. Новикова, И.Г. Лоскутов, О.Н. Ковалева ГНУ ВИР Россельхозакадемии, Санкт-Петербург 1 ЗАДАЧИ: Определение тенденций изменений хозяйственно ценных признаков; Выявление климатических факторов, вызвавших изменения. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: Регрессионный анализ, в том числе построение объединенной модели сортов в разностях; Модель постоянства сумм эффективных температур для межфазных периодов растений. 2 КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ МЕСТ ИЗУЧЕНИЯ Пункт изучения Регион Сумма температур выше 10°С* Сумма осадков за год, мм* Пушкинские лаб. ВИР, Пушкин, Санкт-Петербург СевероЗападный 1700 570 МОВИР (бывш., до 2008) п. Михнево, Московская обл. Центральный 1950 575 ЕОС ВИР, п. Екатеринино, Тамбовская обл. ЦентральноЧерноземный 2480 500 КОС ВИР, п. Ботаника, Краснодарский край СевероКавказский 3380 570 *«Агроклиматический справочник СССР», 1960-е гг. 3 ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАННЫХ СОРТОВ ОВСА И ЯЧМЕНЯ Вегетационный Масса 1000 Масса зерна Годы Высота, см Сорт период, сут зерен, г с 1 м2, г исследования Sx v, % Sx v, % Sx v, % Sx v, % Ячмень Потра 1990 - 2011 72,6 8,9 12,3 75,8 18,0 23,8 44,7 5,6 12,6 249,8135,4 54,2 Белогорский 1982 - 2011 77,0 8,0 10,4 92,8 14,3 15,5 40,9 2,6 6,5 362,8139,0 38,3 Пушкинские лаб.Криничный 1990 - 2011 80,1 8,7 10,9 79,1 14,5 18,3 45,2 3,5 7,7 280,2149,9 53,5 ВИР, СПб Московский 121 1975 - 2011 80,2 7,8 9,7 84,9 14,0 16,5 47,7 4,2 8,8 313,6116,2 37,0 Рубин 1993 - 2009 82,6 10,8 13,1 71,2 15,1 21,2 47,3 3,9 8,3 322,3145,9 45,3 Овес Боррус 1980 - 2011 85,4 10,9 12,8 97,6 12,2 12,5 38,7 5,0 13,0 364,6199,0 54,6 МОВИР, Гамбо 1982 - 2006 88,2 7,1 8,1 82,7 17,0 20,6 30,1 2,4 8,0 334,3160,8 48,1 Московская обл. Немчиновский 2 1983 - 2006 88,4 6,5 7,3 88,8 18,0 20,2 32,4 3,0 9,4 317,8158,5 49,9 ЕОС ВИР, 101, Горизонт 1981 - 2009 84,0 7,5 8,9 15,1 15,0 34,1 3,8 11,0 519,3166,3 32,0 Тамбовская обл. 1 КОС ВИР, Оттер 1987 - 1998 86,9 6,4 7,4 95,3 11,2 11,8 28,1 2,6 9,1 517,9153,1 29,6 Краснодарский Валдин 765 — — — 91,9 18,7 20,4 33,3 1,6 5,0 557,1176,4 31,7 кр. 1997 - 2010 :Обозначения: - среднее значение, sx - стандартное отклонение , v - коэффициент вариации Место исследования 4 СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ АГРОКЛИМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК С 1980 Г. Суммы осадков Суммы за период с эффективных Место изучения температурами температур выше выше 15°С, 15°С, °С/год мм/год Пушкинские лаб. 5,23 2,42 ВИР, г. СПб МОВИР, 7,93 0,12 Московская обл. ЕОС ВИР, 8,15 5,67 Тамбовская обл. КОС ВИР, 8,93 0,77 Краснодарский кр. Продолжительность периода с температурами от 5 до 15°С, сут./год от 10 до 15°С, сут./год 0,53 0,47 -0,12 -0,12 0,03 0,03 0,43 0,06 Подчеркнуты значимые тренды 5 ДИНАМИКА СУММ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕМПЕРАТУР ВЫШЕ 15˚С, 1980 – 2012 ГГ. Пушкинские лаб. МОВИР КОС ВИР ЕОС ВИР 1400 1400 1400 1400 1200 1200 1200 1200 1000 1000 1000 1000 800 800 800 800 600 600 600 600 400 400 400 400 200 200 200 200 0 1980 1990 2000 2010 0 1980 1990 2000 2010 0 1980 1990 2000 2010 0 1980 1990 2000 2010 6 СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВ ИЗУЧЕННЫХ СОРТОВ С 1980 Г. Пушкинские лаб. ВИР, СПб Потра Белогорский Московский 121 -0.16 Криничный Рубин Боррус МОВИР, Гамбо Московская обл. Немчиновский 2 ЕОС ВИР, Тамбовская обл. Горизонт КОС ВИР, Оттер Краснодарский кр. Валдин 765 Подчеркнуты значимые тренды -0.12 — — -0.04 -0.26 -0.32 Ячмень -0.2 -0.46 0.06 -0.26 0.03 -0.13 -0.2 -0.36 -0.09 -0.48 Овес 0.05 -0.46 — — — — 0.11 0.11 0.53 -0.22 -0.4 — Масса 1000 зерен, г/год Вес зерна с 1м2, г/год Высота, см/год Сорт Всходыкол ошение, сут./год Колошениесозревание, сут./год Вегетационный период, сут./год Место исследования Дата всходов Скорость изменения -0.66 -0.21 -0.09 -0.56 -0.51 -0.2 0.06 -0.29 0.63 -0.89 -0.06 -0.02 -0.03 -0.03 -0.1 1.34 2.38 -1.15 -0.36 2.91 -0.41 0.18 0.19 0.21 0.31 — -0.26 -0.37 -0.55 1.02 -2.31 -1.44 -0.4 -0.15 -0.16 0.09 0.19 -0.14 1.9 2.25 2.33 4.48 -25.07 -15.43 7 ДИНАМИКА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЕГЕТАЦИИ, СУТ. Ячмень, Пушкинские лаб. ВИР Потра Белогорский 120 120 110 Криничный Московский 121 Рубин 120 120 120 110 110 110 110 100 100 100 100 100 90 90 90 90 90 80 80 80 80 80 70 70 70 70 70 60 60 60 60 60 50 1980 2000 1990 2010 50 1980 2000 1990 2010 50 1980 2000 1990 2010 50 1975 1995 1985 2005 50 1980 2000 1990 2010 Боррус Пушкинские лаб. Гамбо МОВИР Овес Немчиновский 2 МОВИР Горизонт ЕОС ВИР Оттер КОС ВИР 120 120 120 120 120 110 110 110 110 110 100 100 100 100 100 90 90 90 90 90 80 80 80 80 80 70 70 70 70 70 60 60 60 60 50 1980 2000 1990 2010 50 1980 2000 1990 2010 50 1980 2000 1990 2010 50 1980 2000 1990 2010 60 50 1980 2000 1990 8 ДИНАМИКА МАССЫ ЗЕРНА С 1 М2 , Г Ячмень, Пушкинские лаб. ВИР Потра Белогорский 700 700 600 Криничный Московский 121 Рубин 700 700 700 600 600 600 600 500 500 500 500 500 400 400 400 400 400 300 300 300 300 300 200 200 200 200 200 100 100 100 100 0 1990 2000 100 0 1980 2010 0 1990 2000 1990 2000 0 1980 2010 2010 0 1990 2000 1990 2010 2000 2010 Овес Боррус Пушкинские лаб. Гамбо МОВИР Немчиновский 2 Горизонт МОВИР ЕОС ВИР Оттер КОС ВИР Валдин 765 КОС ВИР 900 900 900 900 900 900 800 800 800 800 800 800 700 700 700 700 700 700 600 600 600 600 600 600 500 500 500 500 400 500 500 400 400 400 400 400 300 300 300 300 300 200 200 200 200 200 100 100 100 100 100 300 200 100 0 1980 2000 1990 2010 0 1980 1990 2000 2010 0 1980 1990 2000 2010 0 1980 1990 2000 2010 0 1980 1990 2000 0 1990 2000 2010 9 АГРОКЛИМАТОЛОГИЯ: ПОТРЕБНОСТЬ ОВСА И ЯЧМЕНЯ В ТЕПЛЕ, ПОСЕВ – СОЗРЕВАНИЕ (Мищенко З. А. Агроклиматология. Киев: КНТ, 2009, С. 89.512 с.) Биологический минимум Реакция на Сумма Скороспелость температуры длину дня Культура температур для сортов (поправка на широты 55° Начало роста Созревание 1° широты) Раннеспелые 5 10 -20 1250 Ячмень Среднеспелые 5 10 -15 1350 Позднеспелые 5 10 -15 1450 Раннеспелые 5 10 -20 1250 Овес Среднеспелые 5 10 -20 1450 Позднеспелые 5 10 -20 1550 10 АГРОМЕТЕОРОЛОГИЯ: ТЕМПЕРАТУРЫ, ЗАПАСЫ ВЛАГИ, ВЫСОТА РАСТЕНИЯ (Руководство по агрометеорологическим прогнозам / ред. Уланова Е.С., Моисейчик В.А., Т. 1 Зерновые культуры. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 310 с.) Прогнозирование продолжительности межфазных периодов: Для прогнозирования продолжительности вегетационного периода (L) используется предположение о постоянной для растения сумме среднесуточных температур (Const), превышающих биологический ноль межфазного периода (T0) Const L t T0 t – средняя суточная температура воздуха T Const T L 0 L Шиголев А.А. Руководство для составления агрометеорологических прогнозов. 1951 11 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УРОЖАЙНОСТИ, НЕЧЕРНОЗЕМНАЯ ЗОНА ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РФ: ТЕМПЕРАТУРЫ, ЗАПАСЫ ВЛАГИ, ВЫСОТА РАСТЕНИЯ (Руководство по агрометеорологическим прогнозам / ред. Уланова Е.С., Моисейчик В.А., Т. 1 Зерновые культуры. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 310 с.) Ячмень y / ymax 0.0042t10.0077t2 0.0008W10.0031W2 0.0015h0.5878 t1 – средняя температура воздуха за период всходы – выход в трубку t2 – средняя температура воздуха за период выход в трубку- колошение W1 – средние запасы продуктивной влаги в 0 – 20 см почвы за период всходы - выход в трубку, W2 – средние запасы продуктивной влаги в 0 – 20 см почвы за период выход в трубку - колошение, h – средняя по области высота растений на фазу колошения Овес y / ymax 0.0011t10.0125t2 0.0021W10.0012W2 0.0010W3 0.0018h0.5358 t1 – средняя температура воздуха за период всходы – выход в трубку (посев – выход в трубку) t2 – средняя температура воздуха за период выход в трубку- колошение (выметывание) W1 – средние запасы продуктивной влаги в 0 – 20 см почвы за период выход в трубку - выметывание, W2 – средние запасы продуктивной влаги в 0 – 50 см почвы за период посев – выход в трубку, W3– средние запасы продуктивной влаги в 0 – 50 см почвы на фазу выметывания, h – средняя по области высота растений на фазу выметывания 12 Регрессионный анализ Методом регрессионного анализа с последовательным включением переменных были построены регрессионные модели продолжительности вегетации (L) сортов ячменя и овса. В качестве предикторов исследовались: среднемесячные температуры и суммы осадков, продолжительности, суммы активных и эффективных температур, суммы осадков за периоды устойчивого перехода температур через 5, 10, 15°С, продолжительности периодов с температурами от 5 до 10ºС, от 10 до 15ºС, от 5 до 15°С весной – в начале лета. даты посева 13 РЕГРЕССИОННЫЕ УРАВНЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЕГЕТАЦИИ ЯЧМЕНЯ, ПУШКИНСКИЕ ЛАБ. Потра L=90,625-0,067ΣТэф15 R2=0,53 Белогорский L=92,402-0,061ΣТэф15 R2=0,53 Московский 121 L=94,705-0,059ΣТэф15 R2=0,51 Криничный L=98,172-0,067ΣТэф15 R2=0,55 Рубин L=89,320-0,074ΣТэф15+0,056R15 R2=0,50 Все сорта ΔL=-0,144-0,079ΔΣТэф15 R2=0,55 Обозначения L - продолжительность вегетации, сут. ΣТэф15 - суммы эффективных температур выше 15°С R15 - осадков за период с температурами выше 15ºС, мм 14 РЕГРЕССИОННЫЕ УРАВНЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЕГЕТАЦИИ ОВСА Пушкинские лаб., Боррус L=110,614-0,101ΣTэф15 R2=0,65 МОВИР, Гамбо L=85,905-0,036ΣTэф15+0,073L10_15+0,408t R2=0,61 L=87,215-0,029ΣTэф15+0,363t R2=0,66 R2=0,61 Немчиновский 2 ЕОС ВИР, Горизонт L=84,512-0,034ΣTэф15+0,061R15 КОС ВИР, Otter L=74,565-0,002ΣTэф15+0,233L5_15 R2=0,56 Все сорта ΔL=0,144-0,047ΣTэф15+0,135ΔL10_15+0,005ΔP15 R2=0,49 Обозначения ΣТэф15 - суммы эффективных температур выше 15°С t – номер года от 1975 г., L5_15, L10_15 – продолжительности периодов с температурами от 5 до 15 и от 10 до 15°С. R15 - осадков за период с температурами выше 15ºС, мм Из 49% объясненной уравнением изменчивости влияние температур объясняет 40%, продолжительности периода с температурами от 10 до 15ºС весной - 9% и осадков - меньше 1%. 15 МОДЕЛЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА: ИСКЛЮЧЕНИЕ ПОСТОРОННЕГО ТРЕНДА Овес Гамбо, МОВИР Первые разности Исходные уровни 104 102 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 25 Δ Вегетационный период, сут./год Вегетапционный период, сут. • 0 50 100 150 200 250 300 ΣТэф15 , °С 1982-1999 гг. 2000-2006 гг. 350 400 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -300 -200 -100 0 100 200 300 Δ ΣTэф15 ,°С /год 1983-1999 гг. 2000-2006 гг. 16 АНАЛИЗ СВЯЗЕЙ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ В РАЗНОСТЯХ • Пусть уровень хозяйственно-ценного признака yt в момент времени t линейно зависит от климатической характеристики Kt с коэффициентами регрессии aK, bK и от систематического неклиматического постороннего воздействия с коэффициентами at, bt. yˆ t (a K bK K t ) (a bt ) • Задача – найти bK. Чтобы убрать влияние a и b, переходим от рассмотрения исходных уровней признаков к анализу их приростов ∆ за последующие годы: t y y t y t 1 bK ( K t K t 1 ) b ( t t 1 ) bK t K b ( t t 1 ) • По полученным уравнениям в разностях можно определить коэффициент регрессии исходных уровней bK. • Если неклиматическая тенденция – полином второго порядка yˆ t (a K bK K t ) (a b1t b2 t 2 ) • то анализ зависимости Y от K получим переходом ко вторым разностям ∆∆Y : t y t t 1 bK t K 2b2 ( t 2 t 1 t 2 ) 17 ПРОГНОЗ ЛИНЕЙНОГО ТРЕНДА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЕГЕТАЦИИ, СУТ./ГОД Место исследования Пушкинские лаб. ВИР, СПб Сорт Потра Белогорский Московский 121 Криничный Рубин Боррус Гамбо Немчиновский 2 МОВИР, Московская обл. ЕОС ВИР, Горизонт Тамбовская обл. КОС ВИР, Оттер Краснодарский кр. Факт Прогноз Ячмень -0.66 -0.21 -0.09 -0.56 -0.51 Овес -0.41 0.18 0.19 -0.53 0.11 0.21 0.21 0.07 0.31 0.08 -0.35 -0.32 -0.31 -0.35 -0.25 Климатообусловленный прогноз, все сорта -0.41 -0.33 18 МОДЕЛЬ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВ СОРТОВ-СТАНДАРТОВ ОВСА И ЯЧМЕНЯ Ячмень: ΔH=0,567-0,083ΔΣТэф15 R2=0,24 Овес: ΔH=-0,133-0,081ΔΣТэф15 R2=0,32 Для массы 1000 зерен модель построить не удалось, что возможно связано с опосредованным характером формирования этого признака Масса зерна с 1м2 с (Y) зависит от эффективности прохождения растением вегетативного и генеративного этапов и коррелирует с высотой растения (H) и с массой 1000 зерен (M1000): Ячмень: ΔY=3,586+3,838ΔH+9,164ΔМ1000 R2=0,33 Овес: ΔY=15,526+4,527ΔH+14,214ΔМ1000 R2=0,31 19 ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА СОРТОВ ЯЧМЕНЯ И ОВСА Сорт Потра Белогорский Московский 121 Криничный Рубин ПродолжиСумма БиологиСумма Происхожде- тельность среднесуточных ческий ноль эффективных ние ±станд, температур ±станд, температур откл., сут. ±станд. откл.,°С ош.,°С ±станд. откл., °С Ячмень, Пушкинские лаб Финляндия 72,6±8,9 1196,5±98,3 8,3±1,9 594±65,3 Россия 77,0±8,0 1265,5±84,84 6,3±1,6 778,9±68,2 Россия 80,2±7,8 1318,6±87,0 6,0±1,6 835,4±73,28 Беларусь 80,1±8,7 1332,2±95,9 7,4±1,9 739,2±70,6 Чехословакия 82,6±10,8 1367,4±138,3 11±2,8 458,8±71,9 Овес Боррус Германия (Пушкинские лаб.) Горизонт(ЕОС ВИР)Россия Оттер (КОС ВИР) США 85,4±10,9 1408,2±100,5 7,2±1,2 805,0±66,6 84,0±7,5 86,9±6,4 1537,0±120,9 1400,0±87,6 5,4±3,3 9,5±3,4 1072,0±120,6 573,6±62,7 20 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕМПЕРАТУР ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА Горизонт, ЕОС ВИР Боррус, Пушкинские лаб. 1800 Сумма температур, °С 1700 1995 2000 1600 1993 1996 2006 1986 1985 1982 1991 20011981 1984 1980 1994 1992 2005 2004 1998 1988 1983 2007 2003 1989 1997 2002 2008 1990 1500 1400 1300 1987 1999 1200 60 70 80 90 100 110 120 2007 2006 2005 1700 1993 2009 1998 2008 1995 2004 1989 1997 2001 2003 1999 1991 2002 1990 2000 1994 1985 1986 1600 1500 1400 1981 1987 1300 1982 1992 1200 60 70 80 90 100 110 120 Вегетационный период, сут. Вегетационный период, сут. Горизонт, ЕОС ВИР 2007 2006 1300 Боррус: ∑T=1408+7.2L Горизонт: ∑T=1537+5.4L R2=0.53 R2=0.20 Сумма эффективных температур , °С Сумма температур, °С 1800 1200 2005 2009 1998 1995 1991 1988 1999 1989 1986 1100 1000 1981 1997 2003 2008 2002 2004 2001 1985 1987 1994 1990 2000 1982 900 1992 800 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Осадки за день вегетации, мм 21 СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СУММ ТЕМПЕРАТУР ЗА ВЕГЕТАЦИЮ Место исследования Пушкинские лаб. ВИР, СПб Сумма Сумма среднесуточных эффективных Сорт температур, температур, ºС/год ºС/год Ячмень Потра -5.0 0.50 Белогорский -2.6 0.74 Московский 121 -2.5 0.94 Криничный Рубин -2.7 -8.3 1.49 -0.04 -6.01 10.83 0.54 8.72 5.75 Овес ЕОС ВИР, Тамбовская обл. Боррус Горизонт КОС ВИР, Краснодарский кр. Оттер 11.6 22 ВЫВОДЫ: Главным фактором, вызвавшим сокращение вегетации исследованных сортов ячменя и овса на четырех станциях ВИР, явился рост температур. Факторы второго порядка, способные компенсировать рост температур: рост осадков (Екатерининская ОС), более ранний посев и увеличившаяся продолжительность периода с температурами от 5 до 15°С (КОС ВИР), изменение уровня агротехники ( МОВИР). Климатически обусловленные прогнозы по построенным моделям для хозяйственно ценных признаков ячменя в условиях Пушкинских лаб. ВИР и овса на четырех станциях ВИР, расположенных на ЕТ РФ, предсказывают сокращение продолжительности вегетации районированных ранее сортов в случае продолжения наблюдающихся тенденций. В дальнейшем в регионах могут быть востребованы сорта с более продолжительным вегетационным периодом из более южных регионов. Суммы эффективных температур в условиях изменения климата являются более стабильной характеристикой продолжительности вегетации сортов, чем суммы среднесуточных температур. 23 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ 24