Селекция и семеноводство сахарной свеклы

Анализ проблем конкурентоспособности в семеноводстве сахарной свеклы показал, что они вызваны большими объемами импорта тростникового сахара и семян сахарной свеклы иностранной селекции. Российское свекловичное семеноводство и селекция переживают глубокий кризис, что привело к изменению специализации семеноводческих хозяйств на выращивание более прибыльных культур.

До реформирования экономики в российском свекловодстве функционировала вертикально-интегрированная система управления, планирования и координации. Существовавшие годами связи оказались разорванными, а новые – не созданы.

Семеноводческие предприятия не готовы к работе в рыночных условиях и конкуренции с грамотно выстроенной маркетинговой стратегией иностранных компаний. Отсутствие финансирования, преимущественное положение на рынке импортных семян, недостаток семенного сырья привели к сокращению количества семенных заводов по подработке и хранению семян сахарной свеклы с пяти до двух.

Также практически не исследованы принципы формирования технического и технологического обеспечения применительно к первым этапам базисного и оригинального семеноводства, с учетом концепции инновационных направлений развития, снижающих затраты ручного труда.

Цель исследования – обоснование инновационного технологического и технического обеспечения производства сахарной свеклы на этапе базисного и оригинального семеноводства.

Материалы и методы. Вопросы технологического и технического обеспечения вытекают из методики селекционно-семеноводческого процесса, которую селекционеры недостаточно увязывают с требованиями на разработку техники и оборудования для своих целей. Характерная особенность селекции сахарной свеклы – ее непрерывность на всех этапах процесса. Гетерозиготность и популяционный характер всех существующих сортов по большинству практически ценных признаков обусловливают необходимость ведения систематического отбора посевных образцов по эффективным признакам. Также требуется соблюдение основных приемов селекционных работ. Например, правильное регулирование опыления становится основой успеха в селекции сахарной свеклы.

Для сохранения свойств продуктов отбора необходимым условием при выращивании семян является строгая изоляция.

Высадки в пределах определенной группы отбора размещали в озимых посевах на расстоянии 100-200 м друг от друга, а разные группы по направлениям отбора или специальным признакам изолировали на расстоянии 500 м. Число изолированных участков (клумб) в селекционном учреждении обычно 100-1000 и более. В каждой клумбе размещали от одного до нескольких номеров сорта с числом корней от 100 до 2-3 тыс. Дискретность размещения номеров сорта и малые количества размещения на участках растений обусловливают и требования к технике, такие как универсальность и быстрая переналадка.

В практической селекции используют различные приемы для ускорения селекционного процесса. На селекционных станциях широко применяют летний посев свежеубранными семенами. К осени из высеянных семян успевают развиться растения с небольшим корнем, которые хорошо хранятся и на будущий год дают цветоносные побеги, то есть вводится дополнительная генерация. При наличии теплицы или вегетационных домиков, появляется возможность получения еще одной генерации.

У свеклы вследствие высокой степени самонесовместимости затруднено сохранение определенных генотипов. Эта задача решается вегетативным размножением. Обычно корни – педигри, разрезают на 6-8 частей, из которых одну часть используют для клонирования, а остальные – для получения семян. Клонирование в течение нескольких лет позволяет получать достаточное число корней для составления комбинаций скрещивания.

На многих селекционных станциях для ускорения селекционного процесса сравнительные испытания проводят в разнообразных условиях произрастания (разные предшественники, площади питания, сроки посева и уборки, обеспеченность питательными веществами, региональное размещение).

Особенность сортоиспытания сахарной свеклы заключается в дополнительном звене – районном (малом экологическом) испытании. Эти испытания проводят на нескольких сортоучастках, расположенных в зоне обслуживания той или иной станции. Только после положительной оценки здесь перспективные сорта передают на государственное сортоиспытание.

Новым технологическим принципом в селекционно-семеноводческой работе является требование проведения грунтовой идентификации. Введение грунтовой идентификации в практику оценки сортовых качеств относится к числу обязательных условий вступления РФ в Организацию экономического сотрудничества и развития (ОЕСD).

Грунтовая идентификация – это метод проверки подлинности и чистоты сорта сельскохозяйственных культур на различных этапах его размножения, подтверждающий то, что качество производимых в соответствии с требованиями ОЕСD семян отвечает стандарту.

Особенности грунтовой идентификации состоят в том, что при ее проведении на поле одновременно представлены отдельные делянки стандартного образца, оригинальных, элитных и репродукционных семян.

Техника закладки питомников и посева в них должна осуществляться на единой методической основе. Питомники размещают на наиболее выровненной части поля севооборота. Весной уточняют план посева. В питомнике проводят тщательную предпосевную обработку почвы.

Перед посевом составляют посевную ведомость, в которой указываются номера делянок (по порядку), образцов (для коллекционного питомника) или номера линий, семей (для селекционного и контрольного питомников), происхождение, количество имеющихся семян (штук или граммов), количество рядов посева и дата посева. Одновременно с составлением ведомости готовят посевной материал. В пакеты отсыпают семена и нумеруют пакеты в соответствии с посевной ведомостью.

Питомник размещают в 10-20 м от границ участка, оставшиеся полосы используют для размножения или хозяйственного посева свеклы. Перед посевом участок питомника разбивают согласно плану, на дорожках устанавливают пронумерованные колышки, возле которых кладут пакеты с таким же номером. После высева семян из пакетов их оставляют на месте для сверки.

Различают посевную и учетную площади делянки. Учетная площадь выделяется из посевной после отбивки защитных полос или рядов. Для разграничения изучаемых сортов между делянками оставляют узкие незасеянные полосы шириной 20-40 см. Размер делянки, особенно на первых этапах селекционной работы, зависит от количества имеющегося семенного материала. Наилучшие размеры делянок для пропашных культур – 100-200 м2.

При определении размера делянки следует учитывать, что применение небольших делянок может привести к грубым ошибкам из-за влияния пестроты свойств почвы. С увеличением делянки до определенных размеров точность опыта повышается, так как на большей площади уменьшается влияние почвенной пестроты и нарушений агротехнических приемов возделывания культуры. На больших площадях применяют комплексную механизацию возделывания культур и уборки урожая, что приблизит сортоиспытание к типичным производственным условиям. Однако делянки целесообразно увеличивать только до определенных размеров, иначе возможно снижение точности опыта.

Форма делянки определяется отношением ее длины к ширине и в значительной степени размером и формой отведенной для опытов площади.

При увеличении длины учетной делянки точность опыта значительно повышается. Для пропашных культур лучше применять однорядные делянки.

От способа размещения делянок в питомниках зависит достоверность результатов сравнения сортов и селекционных материалов, а также возможность применения механизации.

Различают питомники исходного материала (коллекционный и гибридный), селекционные и контрольные.

Коллекционный питомник предназначен для первичного изучения нового материала. Из наиболее ценных образцов проводят массовые и индивидуальные отборы. В питомнике высевают семена 200-300 и более образцов. Коллекцию сортов каждой культуры собирают в течение многих лет и для сохранения всхожести высевают через 3-4 г. от 100 до 200 семян или клубней/корней каждого образца пропашных культур. Как правило, все образцы высевают на делянках одинаковой площади: (для пропашных – 10-20 м2), без повторностей.

Контроль высевают через каждые 10-20 делянок.

Гибридный питомник предназначен для оценки гибридных популяций и отбора, начиная с F2, лучших элитных растений для закладки семей селекционного питомника. Высевают гибриды первого, второго и последующих поколений. Размеры делянок зависят от количества полученных при скрещивании семян. Гибридные растения сравнивают со стандартом, а также с родительскими формами, которые высевают рядом. Посев проводят без повторностей. Делянки располагают на таких же полосах, как и в коллекционном питомнике.

Селекционный питомник используют для оценки потомств лучших растений, отобранных в питомнике исходного материала, а также на других посевах. Кроме того, на основании наблюдений и оценок отбирают лучшие семьи и линии, превышающие стандарт по продуктивности и другим хозяйственно ценным свойствам и признакам (содержание жира, белка, волокна). Эти лучшие семьи на следующий год высевают в контрольном питомнике.

В селекционном питомнике высевают от нескольких сотен до нескольких тысяч линий и гибридных семей. Площадь каждой делянки определяют по количеству семян, намолоченных с исходных элитных растений. Обычно она составляет 0,4-2 м2, в зависимости от коэффициента размножения. Стандарт высевают через 10-20 делянок.

Контрольный питомник. Здесь оценивают по урожайности и другим показателям образцы селекционных номеров сортов, отобранные в селекционном, а иногда и в гибридном питомниках. Высевают, как правило, 100-200 образцов в некоторых научных учреждениях при большом объеме

работ – 600-700.

Посев проводят специальными селекционными сеялками точного высева. Норма высева такая же, как и в производстве. Между делянками оставляют один незасеянный ряд. Площадь делянки чаще всего составляет 5-10 м2. Повторность 2-4-кратная, через 5-10 номеров сортов высевают контроль.

Ускорение селекционного процесса: Для получения результатов в короткие сроки применяют рассадный метод (корнеклубнеплодные), а также используют сооружения с искусственным климатом, в первую очередь фитотронные комплексы с их оранжереями и камерами. В фитотроне в любое время года можно создать микроклимат и освещение, необходимые для развития и роста растений. Это позволяет получать несколько поколений растений в год, а также осуществлять размножение растений свеклы по технологии in vitro, которое начато сравнительно недавно. В Краснодарском НИИСХ существует единственное сооружение искусственного климата, включающее в себя фитотрон и тепличный комплекс (ФТК). Оно состоит из селекционных теплиц площадью 5000 м2 и камер искусственного климата (морозильных, яровизационных и ростовых).

Таблица 1. Новые приемы и техника для штеклинговой технологии

В последнее время получили распространение рассадный и пересадочный (штеклинговый) способы выращивания высадков, что в совокупности с технологиями в ФТК обеспечивает ускорение процесса и уменьшение площадей в 2 раза.

Анализ методических подходов к выполнению работ в первичном семеноводстве сахарной свеклы позволил сформировать технологические требования:

– размер делянок коллекционных питомников 10-20 м2, без повторений;

– однорядные делянки (по количеству семян) в коллекционных питомниках, которые засевают вручную или рядовыми сеялками точного высева, при расходе семян от 100 до 200 шт. на выделенную площадь (зависит от наличия семян);

– делянки гибридных и контрольных питомников могут быть сходными с селекционными и размещаться по разрабатываемой самими селекционерами методической схеме;

– делянки питомников размножения размерами 100-200 м2, где возможно использование малогабаритной механизации.

Результаты и обсуждение. Существующая механизация работ пока не специализирована по культуре. В России распространены только две схемы семеноводства – высадочная и безвысадочная.

При высадочной схеме посадку высадков осуществляли высадкопосадочными машинами ВПУ-4 или ВПС-2,8. Высадки хранили в траншеях, и перед посадкой их вынимали траншеекопателем ТКУ-0,9.

Перед посадкой высадки калибровали на две фракции диаметром 5-7,5 см и 7,5-12 см, массой 250-300 г и 300-500 г. Посадку проводили по схеме 70х70 см, хотя применяли и более уплотненные посадки по схемам 70×60 см, 70×55 и 70×45 см.

Безвысадочная схема используется только в Краснодарском крае и Крыму (по плану). Технология предусматривает в первый год высев семян на семенники с конечной густотой корнеплодов по зонам: достаточного увлажнения – 160-180 тыс. шт./га, неустойчивого – 140-160 тыс. шт./га и недостаточного – 120-140 тыс. шт./га. Поздней осенью ботву скашивают на корм скоту, а посадки окучивают почвой от промерзания или проводят влагозарядочный полив нормой до 600 м2. Весной проводят удаление земли с корнеплодов, рыхление почвы по рядкам и междурядьям, подкормку и обработку пестицидами семенников. В период цветения 40-50% семенников проводят их химическую пинцировку, совмещаемую с некорневой подкормкой бором и цинком, а также с обработкой пестицидами от свекловичных тлей или чеканки. Семенники скашивают в валки жатками, а подбор и обмолот валков проводят селекционными комбайнами.

Для этой технологии при посадке используют сеялки точного и пунктирного высева, культиваторы междурядные и глубокорыхлители такие же, как и для фабричной свеклы, но меньшей рядности.

Для работ на селекционных делянках, указанных ранее, машин нужной рядности и номенклатуры в настоящее время не выпускают.

Во многих странах получили распространение более продуктивные (штеклинговые) технологии, новые машины и оборудование, применение которых, по мнению селекционеров, позволит выйти отечественному семеноводству на новый более качественный уровень.

Таблица 2. Технико-экономические показатели по технологиям

Современные технологии включают два основных этапа: выращивание маточников (штеклингов), их уборку в первый год и высадку для получения семян на второй год. Особенность этой технологии состоит в подготовке гряд к посеву/посадкам семян/корнеплодов грядообразователями типа «Simon»; скашивании ботвы маточных корнеплодов и опылителей перед уходом в зиму ботвоуборочной машиной типа КИР-1,5Б или мульчировщиком; уборке штеклингов весной комбайном типа «Johnes» (Великобритания), оснащенным оригинальными копателями и транспортером-сепаратором; высадке в этот же срок маточных корнеплодов и опылителей комбинированным агрегатом в составе посадочной машины типа «Basrijs» (Великобритания) с поливочным оборудованием; проведении операций ухода (рыхлений, опрыскивания, подкормок, чеканки) за семенниками серийными машинами; уборке семенников по двухфазной схеме с последующей подборкой из валков семенников селекционным комбайном типа «Sampo SR-2010» (табл. 1).

Таблица 3. Главные показатели машин и оборудования для селекции и семеноводства сахарной/кормовой свеклы

Оптимальный комплект машин для технологий выбирают с учетом объема работ, агросрока их проведения, производительности машин по операциям, минимального капиталовложения, эксплуатационных расходов, затрат труда и овеществленной энергии:

– для однооперационных и комбинированных агрегатов необходимое количество (Na) машин рассчитывают по формуле:

Na= Sс : 0,1×Vр×Вр×Кс×Ксм×Tр×Tагр×Кн, (1)

где Sс – площадь поля, га;

Vр – рабочая скорость, км/ч.;

Вр – рабочая ширина захвата, м;

Кс – коэффициент сменности (1-3);

Ксм – коэффициент использования сменного времени (0,6-0,8);

Тр – время смены 8-10 ч;

Тагр – агросрок проведения работ, сут.;

Кн – коэффициент напряженности работ в агросрок (1, 2, 3...).

При одновременном выполнении взаимосвязанных операций несколькими агрегатами их производительности должны быть согласованны (например, предпосевная обработка почвы, посев и другое):

W1 = W2 = W3 = ... = Wа, (2)

где W1, W2, W3, Wа – производительность (1, 2, 3…а)-го агрегатов, га/ч.

Применение штеклинговой машинной технологии и инновационных технических средств шириной захвата гряд 1,8 м, в семеноводстве (даже в условиях ЦФО по сравнению с традиционной технологией позволяет уменьшить потребности в посевных площадях на первом этапе селекционных работ до 36% (за счет повышения густоты посева семян и выхода штеклингов), снизить капиталовложения в технологический комплект машин на 3700,1 тыс. руб., прямые удельные затраты – на 3124,46 тыс. руб. /га, расход горючего – на 8,54 кг/га, затраты труда – на 1,2 чел.ч/га, и энергозатраты на 362,3 МДж/га (табл. 2). С учетом проведенного анализа и ранее выполненных исследований по штеклинговой технологии, были сформированы агроинженерное обеспечение инновационных технологий, система и типажи основных машин и оборудования расширенной номенклатуры, которыми следует оснащать типовые проекты селекционных центров (табл. 3).

Cистема технологического и технического обеспечения селекционно-семеноводческих работ обоснована необходимостью освоения инновационных технологий, комплексности и замкнутости цикла работ, вписываемости в рамки требований агротехники на дискретных полевых участках, а также существующих достижений в области биотехнологий и семеноводства.

Использование предложенного перечня машин и оборудования позволит разработать отечественные их образцы, а в дальнейшем – снизить трудоемкость, сроки выполнения работ в селекционном и первичном семеноводстве сахарной свеклы, а также повысить качество производства, шире использовать инновационное технологическое обеспечение (технологии – in vitro, фитотронные, рассадные и штеклинговые, кондиционирование семян различными физическими способами, электронное сортирование и информационное сопровождение).

Выводы. Результаты исследований позволили сформировать технологическое и техническое обеспечение на этапе селекционно-семеноводческих работ как единой системы производства сахарной свеклы.

Владимир Васильевич Михеев, кандидат технических наук,

Виктор Геннадьевич Хамуев, кандидат технических наук,

Арсен Хасанбиевич Текушев, кандидат технических наук,

Николай Георгиевич Кынев, вед. научный сотрудник; Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ;

Ермат Ишбаевич Кубеев, доктор технических наук, Ярославский ГТУ