АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ ИЗМЕНЕНИЙ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВСТАНДАРТНЫХ 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

3

Пункт изучения РегионСумма

температур выше 10°С*

Сумма осадков за год, мм*

Пушкинские лаб. ВИР, Пушкин, Санкт-Петербург

Северо-Западный 1700 570

МОВИР (бывш., до 2008) п. Михнево, Московская обл.

Центральный 1950 575

ЕОС ВИР, п. Екатеринино, Тамбовская обл.

Центрально-Черноземный

2480 500

КОС ВИР, п. Ботаника, Краснодарский край

Северо-Кавказский

3380 570

*«Агроклиматический справочник СССР», 1960-е гг.

ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАННЫХ СОРТОВ ОВСА И ЯЧМЕНЯ

Место исследования

СортГоды

исследования

Вегетационный период, сут

Высота, смМасса 1000

зерен, гМасса зерна

с 1 м2, г

Sx v, % Sx v, % Sx v, % Sx v, %

Пушкинские лаб. ВИР, СПб

ЯчменьПотра 1990 - 2011 72,6 8,9 12,3 75,8 18,0 23,8 44,7 5,6 12,6 249,8135,4 54,2Белогорский 1982 - 2011 77,0 8,0 10,4 92,8 14,3 15,5 40,9 2,6 6,5 362,8139,0 38,3Криничный 1990 - 2011 80,1 8,7 10,9 79,1 14,5 18,3 45,2 3,5 7,7 280,2149,9 53,5Московский 121 1975 - 2011 80,2 7,8 9,7 84,9 14,0 16,5 47,7 4,2 8,8 313,6116,2 37,0Рубин 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

ОвесБоррус 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, Московская обл. 

Гамбо 1982 - 2006 88,2 7,1 8,1 82,7 17,0 20,6 30,1 2,4 8,0 334,3160,8 48,1Немчиновский 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, Тамбовская обл.

Горизонт 1981 - 2009 84,0 7,5 8,9101,

115,1 15,0 34,1 3,8 11,0 519,3166,3 32,0

КОС ВИР, Краснодарский кр. 

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

Валдин 7651997 - 2010

— — — 91,9 18,7 20,4 33,3 1,6 5,0 557,1176,4 31,7

4

:Обозначения: - среднее значение, sx - стандартное отклонение , v - коэффициент вариации

СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ АГРОКЛИМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК С 1980 Г.

5

Подчеркнуты значимые тренды

Место изучения

Суммы эффективных

температур выше 15°С, °С/год

Суммы осадков за период с

температурами выше 15°С,

мм/год

Продолжительность периода с температурами

от 5 до 15°С, сут./год

от 10 до 15°С, сут./год

Пушкинские лаб. ВИР, г. СПб 5,23 2,42 0,53 0,47

МОВИР, Московская обл. 7,93 0,12 -0,12 -0,12

ЕОС ВИР, Тамбовская обл. 8,15 5,67 0,03 0,03

КОС ВИР, Краснодарский кр.

8,93 0,77 0,43 0,06

6

ДИНАМИКА СУММ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕМПЕРАТУР ВЫШЕ 15˚С, 1980 – 2012 ГГ.

1980 1990 2000 20100

200

400

600

800

1000

1200

1400

1980 1990 2000 20100

200

400

600

800

1000

1200

1400

1980 1990 2000 20100

200

400

600

800

1000

1200

1400

1980 1990 2000 20100

200

400

600

800

1000

1200

1400

МОВИРПушкинские лаб. КОС ВИРЕОС ВИР

СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВ ИЗУЧЕННЫХ СОРТОВ С 1980 Г.

7Подчеркнуты значимые тренды

Место исследования Сорт

Скорость изменения

Дата всход

ов

Всходы-кол

ошение,

сут./год

Колошени

е-созревание

, сут./год

Вегетационный

период,

сут./год

Высота,

см/год

Масса

1000 зерен, г/год

Вес зерна с 1м2, г/год

Пушкинские лаб. ВИР, СПб    

Ячмень Потра

-0.16

-0.2 -0.46 -0.66 -0.2 -0.06 1.34Белогорский 0.06 -0.26 -0.21 0.06 -0.02 2.38Московский 121 0.03 -0.13 -0.09 -0.29 -0.03 -1.15Криничный -0.2 -0.36 -0.56 0.63 -0.03 -0.36Рубин -0.09 -0.48 -0.51 -0.89 -0.1 2.91

Овес Боррус -0.12 0.05 -0.46 -0.41 -0.26 -0.4 1.9

МОВИР, Гамбо — — — 0.18 -0.37 -0.15 2.25

Московская обл. Немчиновский 2 — — — 0.19 -0.55 -0.16 2.33

ЕОС ВИР, Тамбовская обл. Горизонт -0.04 0.11 0.11 0.21 1.02 0.09 4.48КОС ВИР, Оттер -0.26 0.53 -0.22 0.31 -2.31 0.19 -25.07Краснодарский кр. Валдин 765 -0.32 -0.4 — — -1.44 -0.14 -15.43

ДИНАМИКА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЕГЕТАЦИИ, СУТ.

8

19801990

20002010

50

60

70

80

90

100

110

120

19801990

20002010

50

60

70

80

90

100

110

120

19801990

20002010

50

60

70

80

90

100

110

120

19751985

19952005

50

60

70

80

90

100

110

120

19801990

20002010

50

60

70

80

90

100

110

120

Ячмень, Пушкинские лаб. ВИР

Овес

Потра Белогорский Криничный Московский 121 Рубин

19801990

20002010

50

60

70

80

90

100

110

120

19801990

20002010

50

60

70

80

90

100

110

120

19801990

20002010

50

60

70

80

90

100

110

120

19801990

20002010

50

60

70

80

90

100

110

120

БоррусПушкинские лаб.

Гамбо МОВИР

Немчиновский 2МОВИР

Горизонт ЕОС ВИР

19801990

200050

60

70

80

90

100

110

120

ОттерКОС ВИР

9

1990 2000 20100

100

200

300

400

500

600

700

1990 2000 20100

100

200

300

400

500

600

700

1990 2000 20100

100

200

300

400

500

600

700

19801990

20002010

0

100

200

300

400

500

600

700

ДИНАМИКА МАССЫ ЗЕРНА С 1 М2 , Г

Ячмень, Пушкинские лаб. ВИР Потра Белогорский Криничный Московский 121 Рубин

19801990

20002010

0

100

200

300

400

500

600

700

БоррусПушкинские лаб.

19801990

20002010

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1980 1990 2000 20100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1980 1990 2000 20100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1980 1990 2000 20100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1990 2000 20100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1980 1990 20000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Гамбо МОВИР

Немчиновский 2МОВИР

Горизонт ЕОС ВИР

Валдин 765 КОС ВИР

ОттерКОС ВИР

Овес

АГРОКЛИМАТОЛОГИЯ:ПОТРЕБНОСТЬ ОВСА И ЯЧМЕНЯ В ТЕПЛЕ, ПОСЕВ – СОЗРЕВАНИЕ(Мищенко З. А. Агроклиматология. Киев: КНТ, 2009, С. 89.512 с.)

КультураСкороспелость

сортов

Биологический минимум температуры Реакция на

длину дня (поправка на 1° широты)

Сумма температур для

широты 55°Начало роста Созревание

ЯчменьРаннеспелые 5 10 -20 1250Среднеспелые 5 10 -15 1350Позднеспелые 5 10 -15 1450

ОвесРаннеспелые 5 10 -20 1250Среднеспелые 5 10 -20 1450Позднеспелые 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)

t – средняя суточная температура воздуха

Шиголев А.А. Руководство для составления агрометеорологических прогнозов. 1951

11

0Tt

ConstL

L

LTConstT 0

Ячмень

t1 – средняя температура воздуха за период всходы – выход в трубкуt2 – средняя температура воздуха за период выход в трубку- колошениеW1 – 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

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

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.)

5358.00018.00010.00012.00021.00125.00011.0max 32121/ hWWWttyy

5878.00015.00031.00008.00077.00042.0max 2121/ hWWttyy

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=0,65МОВИР, Гамбо L=85,905-0,036ΣTэф15+0,073L10_15+0,408tR2=0,61

Немчиновский 2 L=87,215-0,029ΣTэф15+0,363t R2=0,66

ЕОС ВИР, Горизонт L=84,512-0,034ΣTэф15+0,061R15

R2=0,61КОС 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

16

Исходные уровни

1982-1999 гг. 2000-2006 гг.

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Σ Т эф15 , °С

74767880828486889092949698

100102104

Вег

етап

цион

ный

пери

од,

сут.

Первые разности

1983-1999 гг. 2000-2006 гг.

-300 -200 -100 0 100 200 300

Δ Σ T эф15 ,°С /год

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Δ В

егет

ацио

нны

йпе

риод

, су

т./г

од

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.

• Задача – найти bK. Чтобы убрать влияние a и b, переходим от рассмотрения исходных уровней признаков к анализу их приростов ∆ за последующие годы:

• По полученным уравнениям в разностях можно определить

коэффициент регрессии исходных уровней bK.

• Если неклиматическая тенденция – полином второго порядка

• то анализ зависимости Y от K получим переходом ко вторым разностям ∆∆Y :

17

)2(2 2121 ttttKttt bKby

)()(ˆ 221 tbtbaKbay tKKt

)()(ˆ btaKbay tKKt

)()()( 1111 tttKttttKttt bKbbKKbyyy

ПРОГНОЗ ЛИНЕЙНОГО ТРЕНДА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЕГЕТАЦИИ, СУТ./ГОД

18

Место исследования

Сорт Факт Прогноз

Климато-обусловленный

прогноз, все сорта

Пушкинские лаб. ВИР, СПб   

Ячмень

-0.41

Потра -0.66 -0.35Белогорский -0.21 -0.32Московский 121 -0.09 -0.31Криничный -0.56 -0.35Рубин -0.51 -0.25

Овес

-0.33

Боррус -0.41 -0.53МОВИР, Московская обл.

Гамбо 0.18 0.11Немчиновский 2 0.19 0.21

ЕОС ВИР, Тамбовская обл.

Горизонт 0.21 0.07

КОС ВИР, Краснодарский кр.

Оттер 0.31 0.08

МОДЕЛЬ ХОЗЯЙСТВЕННО ЦЕННЫХ ПРИЗНАКОВСОРТОВ-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

СортПроисхожде-

ние

Продолжи-тельность

±станд, откл., сут.

Сумма среднесуточных

температур±станд. откл.,°С

Биологи-ческий ноль

±станд, ош.,°С

Сумма эффективных температур

±станд. откл., °СЯчмень, Пушкинские лаб

Потра Финляндия 72,6±8,9 1196,5±98,3 8,3±1,9 594±65,3Белогорский Россия 77,0±8,0 1265,5±84,84 6,3±1,6 778,9±68,2Московский 121 Россия 80,2±7,8 1318,6±87,0 6,0±1,6 835,4±73,28Криничный Беларусь 80,1±8,7 1332,2±95,9 7,4±1,9 739,2±70,6Рубин Чехословакия 82,6±10,8 1367,4±138,3 11±2,8 458,8±71,9

ОвесБоррус (Пушкинские лаб.)

Германия 85,4±10,9 1408,2±100,5 7,2±1,2 805,0±66,6

Горизонт(ЕОС ВИР)Россия 84,0±7,5 1537,0±120,9 5,4±3,3 1072,0±120,6Оттер (КОС ВИР) США 86,9±6,4 1400,0±87,6 9,5±3,4 573,6±62,7

20

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕМПЕРАТУР ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА

21

Боррус, Пушкинские лаб.

19801981

1982

1983

198419851986 1987

19881989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

20042005

2006

2007

2008

60 70 80 90 100 110 120

Вегетационный период, сут.

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800С

умм

а т

ем

пер

атур

, °С

19801981

1982

1983

198419851986 1987

19881989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

20042005

2006

2007

2008

Горизонт, ЕОС ВИР

1981 1982

19851986

1987

1989

19901991

1992

1993

1994

19951997

1998

1999

2000

20012002

2003

2004

2005

20062007

2008

2009

60 70 80 90 100 110 120

Вегетационный период, сут.

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

Сум

ма

те

мпе

рат

ур,

°С

1981 1982

19851986

1987

1989

19901991

1992

1993

1994

19951997

1998

1999

2000

20012002

2003

2004

2005

20062007

2008

2009

Боррус: ∑T=1408+7.2L R2=0.53

Горизонт: ∑T=1537+5.4L R2=0.20

Горизонт, ЕОС ВИР

1981

1982

1985

1986

1987

19881989

1990

1991

1992

1994

19951997

1998

1999

2000

2001

20022003

2004

20052006

2007

2008

2009

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

Осадки за день вегетации, мм

800

900

1000

1100

1200

1300

Сум

ма

эфф

екти

вны

х

тем

пер

ату

р , °С

1981

1982

1985

1986

1987

19881989

1990

1991

1992

1994

19951997

1998

1999

2000

2001

20022003

2004

20052006

2007

2008

2009

СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СУММ ТЕМПЕРАТУР ЗА ВЕГЕТАЦИЮ

Место исследования Сорт

Сумма среднесуточных

температур, ºС/год

Сумма эффективных температур,

ºС/год

Пушкинские лаб. ВИР, СПб   

Ячмень  Потра -5.0 0.50Белогорский -2.6 0.74Московский 121

-2.50.94

Криничный -2.7 1.49Рубин -8.3 -0.04

Овес  Боррус -6.01 0.54

ЕОС ВИР, Тамбовская обл. Горизонт 10.83 11.6КОС ВИР, Краснодарский кр. Оттер 8.72 5.75

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