Л.Ю. Новикова, И.Г. Лоскутов, О.Н. Ковалева. анализ тенденций

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 0.0042t10.0077t2 0.0008W10.0031W2 0.0015h0.5878
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 0.0011t10.0125t2 0.0021W10.0012W2 0.0010W3 0.0018h0.5358
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