Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №21 (май) 2015
Разделы: Сельское хозяйство
Размещена 06.04.2015. Последняя правка: 05.06.2015.

Адаптивность и продуктивность сортов проса прутьевидного (Panicum virgatum L.) при продолжительном использовании посевов в условиях Лесостепи Украины

Сторожик Лариса Ивановна

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной академии аграрных наук Украины

Заведующая сектором семеноводства биоэнергетических культур

Мандровская Светлана Николаевна, аспирантка, Институт биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной академии аграрных наук Украины


Аннотация:
В статье изложены результаты исследований по интродукции проса прутьевидного в Украине. Установлено, что все исследуемые сорта практически пригодны для выращивания и длительного использования. А наиболее адаптивными являются Канлоу, Картадж и Кейв-ин-Рок, наименее адаптивными - Аламо, Шелтер, Форестбург и Санберст.


Abstract:
The article is presents the research results on the switchgrass introduction in Ukraine. All research varieties are almost suitable for cultivation and long-term use was found. The most adaptive are Kanlou, Carthage and Cave-in-Rock, the least adaptive – Alamo, Shelter, Forestburg and Sunberst.


Ключевые слова:
просо прутьевидное; сорта; гидротермический коэффициент (ГТК); урожайность биомассы; адаптивная способность

Keywords:
switchgrass; varieties; hydrothermal coefficient (HTC); biomass yield; adaptive capacity


УДК 633.81(477.60)

ВВЕДЕНИЕ

Многолетние злаковые культуры являются наиболее пригодным сырьем для производства биотоплива и становятся основой для биоэнергетики во многих странах мира. Одной из перспективных высокорентабельных злаковых культур является просо прутьевидное (Panicum virgatum L.). Растения проса прутьевидного рационально используют азот и влажность почвы, имеют высокую устойчивость к болезням и вредителям, позитивно влияют на окружающую среду [1]. В зависимости от сорта и почвенно-климатических условий выращивания высота проса прутьевидного составляет 100-250 см, а урожайность сухой массы от 6 т/га 9 (на почвах деградированных) до 20 т/га (на почвах в высоким плодородием). При этом с одного гектара есть возможность получать 3-10 т условного топлива в течении 15 лет [6].

Исследования по возможности выращивания проса прутьевидного в условиях Украины как биоэнергетического источника энергии были начаты в 2008 году на Веселоподолянской (Полтавская область), Ялтушковской (Винницкая область) опытно-селекционных станциях [7], в 2009 году в Борщевском агротехническом колледже (Тернопольская область) [2].

Как показали исследования, интродукция проса прутьевидного в Украину предполагает определение интеграционной оценки, которая включает место выращивания, особенности роста, развития и формирование продуктивности в зависимости от сортовых особенностей и погодных условий [5,3,4,2].

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

 Целью наших исследований была комплексная оценка агрофитоценозов проса прутьевидного при продолжительном использовании сортов разного эколого-географического происхождения.

Исследования проводили в течение 2008-2014 гг. на Веселоподолянской опытно-селекционной станции и на опытном поле Института биоэнергетических культур и сахарной свеклы. Схема опыта: фактор А - сорт, фактор В - гидротермический коэффициент (ГТК) вегетационного периода. Характеристика сортов, которые изучались представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика сортов проса прутьевидного

№ п/п

Сорт

Экотип

Плоидность

1

Кейв-ин-Рок

возвышенный

октаплоид

2

Форестбург

возвышенный

тетраплоид

3

Санберст

возвышенный

тетраплоид

4

Шелтер

возвышенный

октаплоид

5

Небраска

возвышенный

тетраплоид

6

Дакота

возвышенный

тетраплоид

7

Аламо

низменный

тетраплоид

8

Канлоу

низменный

тетраплоид

9

Картадж

возвышенный

октаплоид

Обобщение показателей выращивания проса прутьевидного проводили методом статистических группировок, оценку погодных условий годов и отдельных периодов осуществляли используя показатели температуры воздуха, количества осадков через гидротермический коэффициент (ГТК).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ погодных условий вегетационного периода в контексте роста и развития проса прутьевидного в течение 2008-2014 гг показали, что они были довольно изменчивы в регионе. Наиболее засушливыми были 2008, 2010, 2013 гг., особенно в первую половину вегетационного периода. Остальные годы – близкие к средним многолетним. Из засушливых наиболее характерным был 2008 год. После сева проса прутьевидного 20 мая во второй и особенно в третьей декадах мая установилась сухая без эффективных осадков погода – ГТК составлял 0,1-0,8. в таких условиях верхний горизонт почвы практически был сухим. Такими же экстремальными условиями отличался и июнь (ГТК составил 0,1), что привело к полной гибели всходов проса прутьевидного.

Повторный сев (пересев) провели 10 июня, когда в период с 5 по 9 июня выпало 22,2 мм осадков. При значении ГТК 2,5 в период «сев-всходы» полные всходы отмечены 18-20 июня.

Количество стеблей перед уходом в зиму (по состоянию на 26.10.2008 г.) колебалось в пределах от 89 шт/му сорта Канлоу до 256 шт/му сорта Кейв-ин-Рок, высота растений от 40 см у сорта Картадж до 90 см у сорта Форестбург (табл.2).

Наблюдения за просом прутьевидным второго года использования показали: что в зимний период 2008/09 года растения всех сортов перезимовали нормально: весеннее возобновление вегетации практически у всех сортов отмечено 12 апреля. Погодные условия вегетации в 2009 году были в целом удовлетворительны – ГТК составил 1,0. количество стеблей по состоянию на 27.10.2009 колебались от 511 шт/м2 у сорта Аламо до 1132 шт/м2  у сорта Шелтер, высота растений- от 70 см у сорта Кев-ин-Рок до 140 см – у Канлоу (см. табл.2).

Анализ сортов проса прутьевидного третьего года использования показал, что несмотря на экстремальные условия зимы 2009/10 гг, когда растения находились долгое время под ледяной коркой толщиной 8-10 см, все сорта перезимовали без потерь.

Весеннее отрастание отмечено 27-29 апреля. При значении ГТК вегетационного периода 1,0 количество стеблей по состоянию на 4.10.2010 гг. колебалось в пределах от 616 шт/м2 у сорта Канлоу до 1155 шт/м2 у сорта Дакота, высота растений – от 100см у сорта Шелтер до 170 см у сорта Канлоу (см.табл.2).

Весеннее возобновление вегетации проса прутьевидного четвертого года использования (2011 г.) отмечено 21-22 апреля. Наступление последующих фаз развития было практически одинаковым у всех сортов. Засушливый период в августе и сентябре (ГТК 0,8 - 0,1) послужил раннему засыханию растений – начало второй декады сентября. Поэтому по состоянию на 20-25 октября растения проса прутьевидного были сухими: сплошное пожелтение и побурение.

Количество стеблей колебалось от 522 шт/м2 у сорта Дакота до 682 -750 шт/м2 у остальных сортов. Высота растений колебалась от 120 см у сорта Дакота до 200см у сорта Канлоу. У остальных сортов она была в пределах 145-165 см (см. табл.2).

Анализ растений проса прутьевидного вегетационного периода 2012 года (пятого года использования) показал следующее. Весеннее возобновление вегетации отмечено 18 - 19 апреля. Полные всходы практически у всех сортов отмечены через 9 дней после возобновления вегетации. Погодные условия вегетационного периода 2012 года были различными: ГТК в апреле составлял - 1,4, в мае – 0,8, июне – 0,9, июле – 1,0, августе 0,7, сентябре – 0,8 и октябре – 1,3. Это обусловило ускоренный рост и развитие растений: по состоянию на 10 октября отмечено сплошное пожелтение и побурение растений. Максимальное количество стеблей было  у сорта Небраска – 1030 шт/м2 , минимальное – у сорта Картадж 840 шт/м2. у остальных сортов этот показатель колебался в пределах 880 – 960 шт/м2.

Максимальная высота растений отмечена у сорта Канлоу -170 см, минимальная - у сорта Дакота – 80 см. у остальных сортов она колебалась в пределах 90-140 см (см. табл. 2).

Весеннее возобновление вегетации в 2013 году отмечено 21 - 23 апреля, всходы – 28 апреля - 3 мая. Погодные условия весеннее – летнего вегетационного периода были также различны: ГТК был в пределах 0,9 – 0,7 и 0,4 – 0,8, что способствовало раннему пожелтению и побурению.

По состоянию на 25 октября количество стеблей у сортов проса прутьевидного шестого года использования колебалось от 930 шт/м2. у сорта Аламо до 1180 шт/м2. у сорта Дакота. У остальных сортов этот показатель колебался в пределах  940 – 1170 шт/м2..

Максимальная высота растений была у сорта Канлоу – 140 см, минимальная – у сорта Дакота – 80 см. У остальных сортов этот показатель был в пределах 100 -120 см (см. табл.2).

Комплексная оценка проса прутьевидного седьмого года использования (2014 г.) показала следующее. Весеннее отрастание отмечено 18 -22 апреля. Более раннее (18 апреля) было отрастание стеблей у сортов Небраска, Санберст, Шелтер, более позднее (22 апреля) – у позднеспелых сортов Канлоу, Аламо. Полные всходы отмечены через 8 дней после возобновления вегетации и колебались в пределах 18 – 23 шт/м2 .

По состоянию на 24 октября количество стеблей колебалось от 930 шт/м2. у сорта Аламо до 1190 шт/м2. у сорта Дакота. У остальных сортов этот показатель колебался в пределах  940 – 1140 шт/м2. .

Максимальная высота растений была, как и в предыдущие годы, у сорта Канлоу – 180 см, у остальных сортов этот показатель колебался в пределах 110 -130 см (см. табл.2).

Подитаживая оценку элементов продуктивности проса прутьевидного при продолжительном использовании, необходимо отметить, что в среднем за семь лет более высокие показатели по количеству стеблей отмечены у сортов Дакота, Небраска, Санберст – 741 -885 шт/м2. , по высоте растений – у сортов Канлоу (150 см), Аламо (118 см), Санберст (116 см).

Таблица 2 - Оценка растений проса прутьевидного перед уборкой биомассы

Сорт

Год

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Среднее

Кейв-ин-Рок

256/65

1013/70

740/110

685/165

890/140

1000/120

1025/130

764/114

Аламо

82/60

511/120

872/130

682/165

880/110

930/120

930/120

698/118

Шелтер

222/55

1132/90

723/100

710/150

920/120

940/110

940/120

798/106

Картадж

174/40

881/115

825/135

725/165

840/120

960/120

965/120

767/109

Форестбург

164/90

825/105

759/120

700/145

960/125

1080/100

1075/100

677/114

Канлоу

89/50

750/140

616/170

750/200

880/170

970/190

975/180

718/150

Санберст

132/82

710/105

714/130

714/165

980/100

1150/110

1140/120

791/116

Небраска

132/75

724/110

739/120

746/150

1030/90

1170/100

1120/110

808/108

Дакота

189/86

1022/72

1155/110

522/110

940/80

1180/80

1190/110

885/93

НІР 05

87/23

390/34

140/33

196/44

271/43

341/31

350/34

-

*) Примечание: в числителе – количество стеблей, шт/м2, в знаменателе – высота растений, см

Наблюдения за ростом и развитием растений проса прутьевидного в течение вегетационного периода по сортам позволили определить, что полноценный урожай биомассы возможно получить уже на 3-й год использования.

В 2008 году (год сева) урожайность биомассы не учитывали, как уже отмечалось, в связи с поздним севом.

Результаты определения урожайности биомассы второго года использования показали следующее (табл.3). Урожайность сырой массы колебалась от 9,2 т/га у сорта Дакота до 21,7 т/га у сорта Канлоу, сухой – от 6,0 т/га у сорта Дакота до 11,1 т/га у сорта Канлоу.

В третьем году использования (2010 г) урожайность сырой массы колебалась в пределах от 7,4 т/га у сорта Дакота до 23,2 т/га у сорта Канлоу, сухой – от 6,2 т/га у сорта Дакота до 13,0 т/га у сорта Канлоу.

В четвертом году использования (2011 г.) более высокие показатели как по сырой массе (16,7 - 24,8 т/га), так и по сухой (10,4-19,1 т/га) отмечены у сортов Форестбург, Санберст, Шелтер, Картадж, Небраска. У сортов Дакота, Канлоу, эти показатели соответственно составили 10,6-26,3 т/га и 7,0-16,6 т/га (см.табл.3.)

Интенсивность нарастания фитомассы проса прутьевидного за вегетационный период 2012 года (пятого года использования) обусловлено различными погодными условиями: от умеренного увлажнения весной (ГТК-0,7-0,9) до засушливого в начале и середине лета (ГТК-0,4-0,2). В таких условиях разница в наростании биомассы между сортами наблюдалось в течение всего вегетационного периода. При этом, более интенсивное наростание как сырой, так и сухой биомассы было у сорта Канлоу, по состоянию на 10 октября урожайность сырой массы составила 24,0 т/га, сухой - 12,0 т/га. На втором месте по интенсивности наростания биомассы были у сорта Небраска, Дакота, Шелтер, Форесбург: урожайность сырой массы у них колебалась в пределах 15-19 т/га, сухой- 7,2-10,5 т/га. Наименьшая интенсивность нарастания как сырой , так и сухой массы у сорта Аламо - соответственно 10,0 и 6,5 т/га.

Необходимо также отметить, что при погодных условиях вегетационного периода 2012 года практически у всех сортов проходило более интенсивное наростание сырой массы в сравнении с сухой. Аналогичные погодные условия и закономерность в наростании биомассы проса прутьевидного были в 2009 году (см. табл. 3).

В 2013 году (шестой год использования) также значительное негативное влияние на урожайность биомассы проса прутьевидного оказали погодные условия: ГТК в период вегетации колебался в пределах 0,7-0,4-0,8. Учет урожайности по состоянию на 25 октября показал, что по сырой массе она колебалась от 14,8 т/га у сорта Дакота до 34,5 т/га у сорта Канлоу, о сухой - от 9,2 т/га у сорта Форестбург до 14,8 т/га у сорта Канлоу (см. табл. 3).

Учет урожайности проса прутьевидного в 2014 году (7-й год использования) показал, что как по сырой массе, так и по сухой он был наивысший у сорта Канлоу - соответственно 20,3 и 14,2 т/га, наименьший у сорта Дакота - 0,8 и 7,0 т/га. У остальных сортов он колебался по сырой массе в пределах 11,7-16,0 т/га, сухой -10,0-12,4 т/га.

В среднем за 2009-2014 гг. на первом месте по продуктивности был сорт Канлоу, который относиться к низменному экотипу: урожайность срой массы составила 25,0 т/а, сухой 13,6 т/га, на втором месте сорт Кейв-ин-Рок возвышенного экотипа: урожайность сырой массы составила 18,6 т/га, сухой - 11,5 т/га на третьем месте - сорт Шелтер это же экотипа: урожайность сырой массы составила 18,4 т/га, сухой - 11,8 т/га,. У остальных сортов урожайность сырой массы колебалась от 11,5 т/га у сорта Дакота до 18,2 т/га у сорта Картадж,  сухой - от 7,5 т\га у сорта Дакота до 11,8 т\га у сорта Шелтер (см. табл. 3). 

Таблица 3 - Урожайность биомассы сортов проса прутьевидного разных экотипов

Сорт

Год, ГТК вегетационного периода

2009

0,9

2010

1,0

2011

1,0

2012

0,8

2013

0,9

2014

1,1

1,1

Среднее

Кейв-ин-Рок

20,8/10,2

19,3/12,0

21,6/14,9

11,0/8,3

23,3/11,4

16,0/12,4

18,6/11,5

Аламо

11,6/7,8

13,8/8,7

20,1/14,5

10,0/6,5

22,3/11,6

14,1/11,0

15,3/10,0

Шелтер

18,8/10,0

16,8/11,2

24,8/19,1

15,0/9,8

20,0/9,4

14,8/11,5

18,4/11,8

Картадж

14,0/7,3

12,1/8,0

22,9/15,6

19,0/6,4

26,0/12,5

15,4/12,0

18,2/10,3

Форестбург

13,4/9,8

14,8/11,0

17,3/11,4

16,3/9,6

16,5/9,2

11,7/10,0

15,0/10,2

Канлоу

21,7/11,1

23,2/13,0

26,3/16,6

24,0/12,0

34,514,8

20,3/14,2

25,0/13,6

Санберст

11,8/8,3

12,8/9,2

19,7/12,8

17,0/7,2

19,0/12,4

13,5/11,5

15,6/10,2

Небраска

13,9/7,6

13,6/8,2

16,7/10,4

19,0/10,5

17,5/10,9

12,5/10,6

15,5/9,7

Дакота

9,2/6,0

7,4/6,2

10,6/7,0

19,0/9,0

14,8/9,8

8,0/7,0

11,5/7,5

НІР 05

1,4/0,6

1,7/0,7

1,7/1,3

1,5/0,6

2,2/0,6

1,4/0,8

1,5/0,7

*) Примечание: в числителе – сырая масса, т/га, в знаменателе – сухая масса, т/га

Таблица 4 – Выход твердого биотопливати энергии из проса прутьевидного (2009-2014 гг.)

Сорт

Урожай сухой биомассы, т/га

Выход твердого биотоплива, т/га

Выход энергии, ГДж/га

1. Кейв-ин-Рок

11,5

13,64

218,24

2. Аламо

10,0

12,10

193,60

3. Шелтера

11,8

12,65

202,40

4. Картадж

10,3

12,20

211,20

5. Форестбург

10,2

11,0

176,0

6. Канлоу

13,6

15,62

249,92

7. Санберст

10,2

12,65

202,40

8. Небраска

9,7

11,60

186,56

9. Дакота

7,5

7,70

123,20

По результатам наших исследований выход твердого биотоплива и энергии из проса прутьевидного зависил от урожая сухой биомассы. В среднем за 2009-2014 гг. наибольший выход твердого биотоплива был у сорта Канлоу и составил 15,62 т/га, наименший – у сорта Дакота (7,70 т/га). Выход энергии в исследуемых сортах был в пределах от 123,20 – 249, 92 ГДж/га. Наибольший выход энергии был у сорта Канлоу – 249,92 ГДж/га.


ВЫВОДЫ

1. Результаты исследований свидетельствую о том, что просо прутьевидное благодаря возможности длительного использования, нетребовательно к погодным условиям вегетационного периода, является перспективной экономически выгодной биоэнергетической культурой для выращивания на эродированных и малопродуктивных землях в Лесостепи Украины.

2. На основании комплексной оценки посевов проса прутьевидного при семелетнем использовании установлено. что практически все исследуемые сорта как возвышенного так и низменного экотипов пригодны для выращивания. Однако в отдельные засушливые года и особенно месяцы, урожайность биомассы снижается на 17-40% против среднемноголетних, а в благоприятных по влажности и температурном режиме - повышалась на 21-35%.

3. На основании данных анализа установлено, что наивысшая адаптивная способность по урожайности сухой массы и выхода энергии оказалась у сортов Канлоу (низменный экотип), Картадж и Кейв-ин-Рок (возвышенный экотип).

Библиографический список:

1. Moser L.E. and K.P.Vogel. 1995. Switchgrass, Big Bluestem, and Indiangrass. In: An introduction to grassland agriculture. R. F. Barnes, D. A. Miller and C. J. Nelson (eds.). Forages, 5th ed. Vol.1, Ames, LA: Iowa University Press, pp. 409-420.
2. Гументик М.Я. Агротехнічні прийоми вирощування проса прутоподібного / М.Я. Гументик // Біоенергетика.-2014.-№1(3).-С.29-3.
3. Курило В.Л. Вплив строків сівби та глибини загортання насіння світчграсу на польову схожість в умовах західної частини Лисостепу Украини /В.Л. Курило, МЯ. Гументик, В.В. Каськів //Зб.наук.праць Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків. -К.: ІБКіЦБ, 2013.-Вип. 17.-С.358-361.
4. Мандровська С.М. Світчграс-перспективний інтродуцент для виробництва біопалива в Україні /С.М. Мандровська //Зб. наук. праць Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків.-К.: ІБКіЦБ, -Вип.19.-С. 82-85.
5. Мороз О.В. Світчграс як нова фітоенергетична культура / О.В.Мороз, В.М.Смірних, В.Л.Курило і інші // Цукрові буряки.-2011.-№3.-С.12-14.
6. Петриченко С.М. Перспективи вирощування світчграсу як альтернативного джерела енергії в Україні / С.М.Петриченко, О.В.Герасименко, Г.С. Гончарук та інші //Цукрові буряки.-2011-№4.-С.13-14.
7. Роїк М.В. ефективність вирощування високопродуктивних енергетичних культур /М.В.Роїк, В.Л.Курило, М.Я. Гументик і інщі // Вісник Львівського національного аграрного університету.-2011.-№15(2).-С.85-90.




Рецензии:

6.04.2015, 14:54 Козинская Ольга Владимировна
Рецензия: В статье приведена не схема опыта, а Характеристика сортов проса прутьевидного, уточните пожалуйста схему опыта, сколько у Вас факторов. Выражение "без будь-каких осложнений" считаю не научным.

24.06.2015 17:17 Ответ на рецензию автора Сторожик Лариса Ивановна:
Ольга Владимировна! Спасибо за рецензию. С Вашими замечаниями согласны. В статью внесены правки. Спасибо!

20.04.2015, 18:03 Вишневский Петро Станиславович
Рецензия: Статья Сторожик Л.И. Мандровская С.Н. на сегодня является актуальной с позиции применения данной культуры как биоэнергетической. Однако, чтобы делать выводы о влиянии погодных условий на формирования продуктивности исследуемых сортов культуры необходимо обосновать эту зависимость уравнениями регрессии, а не только констатировать факты параметров ГТК. На сегодня погодные условия складываются таким образом что показатель ГТК полностью не отображает влияние погодных условий на рост, развитие и формирование продуктивности сельскохозяйственных культур, для этого лучше использовать коэффициент увлажнения Иванова. В таблице урожайности лучше было бы подать урожай сухой биомассы и какое количество энергии она обеспечивает. С учетом замечаний статья рекомендуется к публикации.
24.06.2015 18:18 Ответ на рецензию автора Сторожик Лариса Ивановна:
Петр Станиславович! Спасибо за рецензию, очень основательную! Но хочу обьснить некоторые аспспекты статьи. Выводы о влиянии погодных условий на формирование продуктивности сделаны как с анализа литературных источников так и собственных наблюдений, основаных на анализе эксерементальных данных и коэффициентов ГТК. Мы согласны, ч с Вами по поводу несовершенства показателей ГТК, но на данный момент он широко используется в отечественных научных методиках. Причем в коэффициенте увлажнения Иванова испльзуется параметр - месячная испаряемость, которая близка к сумме температур за определенный период времени. Этот же показатель также задействован в определении ГТК. Для того что бы сделать корреляционный анализ и получить коэффициенты регрессии между продуктивностью и условия ми выращивания мы прододим научные мзыскания. На данный момент еще не сделан весь обьэм работ, так как как культура многолетняя и с помощью применения статистических методов анализа надо выяснить не только критические периоды роста и развития культуры, но иопределить влияние климатических условий прошлых годов на рост и развитие растений. Данная работа очень обьемна и мы постараемся ее максимально полно и корректно, с научной точки зрения, опубликовать в следующей статье. Относительно подачи урожая сухой биомассы и энергии, полностью согласны и вносим соответствующие правки в статью. Спасибо!

25.06.2015, 10:08 Вишневский Петро Станиславович
Рецензия: Согласен с внесенными исправлениями. Статья рекомендуется к публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх