Вплив густоти посіву та ширини міжрядь на врожайність сої

(Glycine max L. Merrill)

Януш Прусінський*, Радослав Новіцький Кафедра агрономії, факультет сільського господарства та біотехнологій, Університет науки і техніки, Бидгощ і технологій, Бидгощ, Польща. *Автор-кореспондент: janusz.prusinski
Цитування: Prusiński J., Nowicki R. (2020): Вплив густоти посіву та ширини міжрядь на врожайність сої (Glycine max L. Merrill). Plant Soil Environ, 66: 616-623.

Анотація:
У статті представлено вплив густоти посіву та ширини міжрядь на ріст, розвиток і врожайність сої, cv. Мерлін, за дуже різноманітних температурних і вологих умов у північно-центральній частині Польщі.

Польовий експеримент проводився в 2016-2019 роках.
Застосовували три густоти посіву (70, 90 і 110 насінин на 1 м2) з двома міжряддями (16 і 32 см), у 4 повтореннях.
За сприятливих температурно-вологісних умов у 2016 та 2017 роках та 2017 роках урожайність насіння та протеїну сої була в 3,3 рази вищою, ніж за умов екстремальної посухи та та високих температур повітря у 2018 та 2019 роках.
Високодиверсифіковані теплові та дощові умови також сприяли значному зниженню впливу застосованих факторів на структурні компоненти врожайності, площу листкової поверхні та суху речовину бульбочок.

 Як наслідок, не спостерігалося потреби у збільшенні густоти посіву сої; поряд з шириною міжрядь, її слід обирати відповідно загальним нормам до міжряддя і слід обирати відповідно до регіону.

За останні близько десяти років спостерігається підвищений інтерес до великомасштабного вирощування сої. Ця тенденція особливо помітна в Дунайському регіоні, найбільш сприятливому регіоні Європи для вирощування сої .
Однак, через мінливість клімату протягом останніх років і пов'язану з цим мінливість врожайності сої в різних частинах світу,  результати досліджень впливу густоти посіву та ширини міжрядь на врожайність сої є неоднозначними.
Загальновідомо, що дефіцит води значно скорочує вегетативну стадію та/або генеративну стадію у сої та зменшує врожайність насіння (Wojtyla et al. 2020), тоді як надмірно низька температура повітря на цих стадіях значно зменшує формування генеративних органів і, таким чином, знижує інтенсивність фотосинтезу і скорочує фазу росту рослин,що призводить до значного зниження врожайності сої (Desclaux and Roumet 1996, Hu and Wiatrak 2012).
Стрес, спричинений посухою, скорочує стадію наливу насіння та зменшує кількість насінин на рослині та вагу 1 000 насінин (Desclaux and Roumet 1996), а також значно знижує активність азоту (N) під час посухи (Стрітер, 2003).

Щільність посадки та ширина міжрядь значною мірою визначає використання ресурсів, особливо світла, поживних речовин і води, що підвищує швидкість вегетативного росту і розвитку рослин, особливо індекс листкової поверхні (ІЛП) та висоту рослин (Holshouser and Whittaker 2002).
При меншій густоті посіву рослини сої демонструють більший потенціал до посилення фотосинтезу та біологічної фіксації N(азоту)  в той час як збільшення густоти посіву призводить до додаткових витрат, найперше -  на насіннєвий матеріал та засоби захисту рослин.
Менша густота посіву на м2 збільшує масу насіння з однієї рослини; отже, продуктивність рослин залежить головним чином від кількості насіння в стручку. За даними De Luca et al. (2014), нижча густота рослин покращує бульбоутворення (кількість бульбочок та їхню масу), однак, загалом не впливає на забезпечення рослин азотом, що свідчить про високу гнучкість рослин сої у пристосуванні до фотосинтезу та азотфіксації, до різних густот висіву.
Водночас, занадто низька густота посіву сої спричиняє високі втрати насіння під час збирання врожаю, особливо за умовах недостатньої кількості опадів (Rebilas et al. 2020).

Зі збільшенням густоти посіву у сої спостерігалися зміни в морфології та швидкості росту, а також зменшення кількості та маси бульбочок (Kapustka and Wilson 1990) і в той же час, зменшення розгалужень у рослин сої (Blumenta and Wilkins, 1990).
Більш висока густота посіву також супроводжується збільшенням висоти рослин і вилягання стеблостою, а також зменшенням кількості стручків на рослині та навіть насіння в стручку (Ball et al. 2001, Kahlon et al. 2018).

Собко та ін. (2019) виявили, що врожайність насіння та висота зав'язування 1-го стручка зростала зі збільшенням густоти посіву, тоді як кількість стручків на рослині зменшувалася; з вищою густотою посадки значення LAI також збільшувався. Однак, в експерименті Шутте і Нлея (2019), збільшення врожайності насіння сої за рахунок збільшення густоти посіву було незначним.
Проте, в регіонах зі сприятливою або очікуваною хорошою вологістю, вища густота посіву сої супроводжується вищою врожайністю (Rebilas et al. 2020).

Правильна ширина міжрядь у сої може мати ключове значення для рослин, які конкурують за воду, поживні речовини і сонячне світло, а також для фотосинтезу і виробництва біомаси (De Luca et al. 2014).
Тим не менш, оптимальний план густоти посіву та ширини міжрядь, які повинні бути прийняті, щоб досягти принаймні, середньоєвропейської врожайністі у дослідженнях досі не було визначено.
Метою наших досліджень було оцінити вплив ширини міжрядь та густоти посіву на врожайність сої та на структурні компоненти врожаю насіння за дуже диверсифікованих умов навколишнього середовища в роки досліджень.

МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ

У дослідженнях вивчали ранній сорт сої Мерлін (000++) (Саатбау Лінц, Австрія). Було проведено 2-факторний польовий експеримент у 2016-2019 роках у рандомізованому блочному досліді в 4-х повтореннях у Польщі (широта 53°13', довгота 17°51', 89,8 м над рівнем моря). Тип ґрунту, класифікований відповідно до WRB як Haplic Luvisols (Cutanic), був типовим лісоподібним ґрунтом, сформованим, утворений легкосуглинистим піском, відкладеним неглибоким шаром . Вміст фосфору був дуже високим (90 мг/кг ґрунту),
вміст калію високий (134,25 мг/кг ґрунту), а вміст магнію був низьким (28,75 мг/ кг ґрунту).
Вміст доступних форм калію та фосфору визначали за допомогою методу Egner-Rhiem DL методом.
Вміст магнію визначали за методом Шахтшабеля.
Концентрації іонів нітратів та амонію визначали колометричними методами за допомогою реакцій Бехелота та Грісса-Ілосвея відповідно. рН ґрунту визначали потенціометричним методом в 1 моль/л KCl.

У всі роки досліджень рН ґрунту був придатним для вирощування сої (табл. 1).
Попередником у всі роки була яра пшениця.

Перед сівбою вносили 70 кг P/га, 90 кг K/га та 30 кг N/га.

Строки сівби сої в наступні роки досліджень були: 18, 20 і 20 квітня та 6 травня.
Застосовували дві ширини міжрядь (фактор А): 16 см і 32 см,

а також 3 різні густоти посадки (фактор В): 70, 90 і 110 рослин на м2 у 4 повтореннях.
Ділянка для посіву становила 21,24 м2, а для збору врожаю - 20,0 м2. , 20.0 m2.

Насіння було інокульоване інокулянтом HiStick® Soy (BASF Agricultural Specialities Limited, Wick,Великобританія) і висівали на глибину 3-4 см. Відразу після посіву в ґрунт було внесено препарат Зенкор (550 мл/га), а після появи сходів використовували Corum 502, 4 SL з ад'ювантом Даш ГК (1,25 + 1,0 л/га), а також Фюзілад Forte (0,8 л/га) для боротьби з однодольними бур'янами.

У 2018 та 2019 роках розвиток рослин збігався з середньомісячною температурою повітря 20,2 °C та 19,1 °C
2016 та 2017 роках: 17,3 °С і 17,7 °C відповідно (табл. 2).



З іншого боку, висока і добре розподілена сумарна кількість опадів у липні та серпні була зафіксована лише у 2016 та 2017 роках (98,1 мм та 133,8 мм, а також 119 мм та 126 мм, відповідно), що сприяло гарному росту рослин сої, а також їх розвитку та врожайності.

У 2018 році була зафіксована ґрунтова посуха, коли в липні випало лише 86 мм, а в серпні - 23,7 мм, тоді як 23,7 мм у серпні, тоді як у 2019 році - 22,4 мм та 37,7 мм відповідно.

Спостереження за розвитком рослин.
На кожній ділянці густота рослин сої після повних сходів (BBCH 11) та перед збиранням врожаю (R 7-8) розраховували на 1 м2 у 4-х кратній повторності на кожному полі.

Безпосередньо перед збиранням врожаю були відібрані зразки по 10 рослин з кожної ділянки для оцінки структурних компонентів врожайності сої, тобто кількість стручків на рослині, кількість насінин у стручку, масу насінин у стручок та масу 1 000 насінин.
Наступні вимірювання у фазі повного цвітіння сої (BBCH 65) були проведені на 10 випадково відібраних рослин з кожної ділянки: висота рослини, висота посадки 1-го стручка, суху речовину (СР) бульбочок та індекс площі листкової поверхні (LAI) з використанням системи аналізу SunScan Canopy (∆T Devices Ltd., Кембридж, Великобританія).



Соя була зібрана після досягнення повної стиглості (R8) після 140-145 днів вегетації. Урожайність насіння при 14% вологості та вихід протеїну.

У таблицях і графіках дані представлені у вигляді середнього значення ± стандартна похибка (SE).

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ

Варіабельність врожайності сої, що спостерігається в усьому світі протягом останніх років,оцінюється на рівні 32-39%, в основному є результатом мінливості клімату та його компонентів (Ray et al. 2015).

У наших дослідженнях спостерігалося значне зниження врожайності в наступні роки досліджень через значні відхиленням від багаторічного рівня опадів, та супутнім підвищенням температури повітря в критичний для сої період.

Висока і добре розподілена сумарна кількість опадів у липні та серпні спостерігалася лише у 2016 році. Однак у наступні роки, 2017, 2018 та 2019 ріст і врожайність рослин збігалися з вищою середньомісячною температурою повітря та поступовим зниженням загальної кількості опадів.

(рис. 1).

За таких умов, середня багаторічна врожайність насіння та протеїну сої була відносно високою - 3,05 т/га та 1 194 кг/га, відповідно (Рис. 1).
В Європі спостерігається висока зміна врожайності сої, що є наслідком температурного режиму та загальної кількості опадів у вегетаційний період. Коли соя відчуває дефіцит води,стадії розвитку значно скорочуються, особливо на стадії наливу насіння (Descelaux and Roumet, 1996), що суттєво знижує врожайність насіння та протеїну.
Правильна густота посіву сої має ключове значення для рослин, які конкурують за воду, поживні речовини та світло.
Агрономічно оптимальна густота стояння рослин (AOPD) визначається як мінімальна кількість рослин на одиницю площі, необхідну для отримання максимального врожаю (Carciochi et al. 2019). Густота посіву вище AOPD збільшує ризик вилягання та розвитку хвороб у сої, а отже, зменшення густоту посіву перед збиранням врожаю.
У наших дослідженнях відразу після появи сходів густота посіву визначалася як відсоток насіння, посіяного з повною схожістю, знижувалася і коливалася в межах від 95,6% до 90,2% при збільшенні густоти посіву планували від 70 до 110 рослин на посіві сої, посіяної вузькими рядками, та з 98,3% до 91,7% у широкорядним способом.
Ці відмінності склали відповідно на 5,40% і 6,60% менше рослин, ніж після збирання. В середньому 6,6% рослин втрачаються під час росту, незалежно від ширини міжрядь.

Менша густота посадки супроводжується вищою асиміляційною поверхнею листя, що дозволяє кожній рослині поглинати більше світла і розвивати більшу кількість гілок і стручків (De Luca et al. 2014),а також у 4 рази вищою інтенсивністю фотосинтезу та більшим надходженням вуглецю до бульбочок, як наслідок, збільшенням кількості бульбочок і швидкості фіксації атмосферного азоту (De Luca and Hungria 2014).
У наших дослідженнях, в середньому за роки, не спостерігалося суттєвого впливу густоти посіву на врожайність сої, посіяної широкорядним способом (рис. 2).

Однак, при сівбі сої вузькими рядками, врожайність насіння була достовірно вищою за найвищою густотою посіву.
За даними Schutte and Nleya (2019), у Сполучених Штатах збільшення врожайності насіння сої, спричинене збільшенням густоти посіву, становить лише 3-7%. У Німеччині врожайність сої значно зросла разом із зі збільшенням густоти посіву .

За даними De Luca та ін. (2014), соя демонструє значну гнучкість врожайності. Масіно та ін. (2018) зазначають про здатність сої компенсувати врожайність насіння. У наших дослідженнях така залежність спостерігалася при вирощуванні сої в широкорядних посівах, де густота посіву суттєво не впливала на врожайність насіння сої.



У наших дослідженнях, тільки в 2016 році за дуже сприятливої вологості не було виявлено значного впливу ширини міжрядь на врожайність сої (Таблиця 3).
Однак у наступні роки, зі зменшенням загальної кількості опадів та зменшенням загальної кількості опадів і збільшенням ширини міжрядь спостерігалася значно вища врожайність сої, за винятком найбільш критичного 2019 року з точки зору  забезпечення потреб сої у воді. 

Компоненти врожайності.
Пряма врожайність сої суттєво залежить від кількості стручків на рослині сої. В наших дослідженнях з меншою шириною міжрядь було зафіксовано значно більшу кількість стручків, при застосуванні найнижчої запланованої густоти посадки (70 рослин на 1 м2). Збільшення густоти посадки до 90 і 110 рослин на м2 як з міжряддям 16 см, так і 32 см міжряддями кількість бобів на рослині сої суттєво не змінювалась.
Кількість насінин у стручку в основному визначається генетично і суттєво не залежить від густоти посіву, однак за даними Собко та ін. (2019), вона зменшується зі зі збільшенням густоти посіву, аналогічно до того, як повідомляють Блюменталь та ін. (1988). У наших дослідженнях середня кількість насінин у стручку становила 1,8, і вона не було суттєво диверсифікована жодним з факторів.

Carciochi та ін. (2018) виявили, що маса насіння з однієї рослину збільшується зі зменшенням густоти посіву і це залежить в основному від кількості насінин у стручку, що не було підтверджено в нашому експерименті. 

Морфологія рослин.
Морфологічні ознаки рослин сої здебільшого залежать від генотипу та погодних умов під час росту (Popović et al. 2002). У наших дослідженнях середня багаторічна висота рослин (62,6 см) та висота зав'язування 1-го стручка (9,53 см) не були суттєво диверсифіковані жодним з експериментальних факторів (табл. 5).




Найнижче кріплення стручка значно залежить від сорту та загальної кількості опадів, і вона зростає зі збільшенням густоти посіву (Собко та ін., 2019), що також не було підтверджено в наших дослідженнях.

Ймовірно, при середньому низькому рівні зав'язування 1-го стручка можна можна зробити висновок, що втрати врожаю під час збирання сої були однаковими, незалежно від експериментальних факторів.

Результати наших досліджень не вказують на значний вплив ширини міжрядь, густоти посіву та їх взаємодії на суху масу бульбочок, яка становила в середньому 0,47 г на рослину. Морфологічні ознаки не залежали від досліджуваних факторів, але їх величина змінювалася під впливом погодних умов кожного року досліджень.

Підсумовуючи, можна зробити висновок, що погіршення умов зволоження в наступні роки досліджень сприяло зниженню структурних показників елементів врожайності та, меншою мірою - морфологічних ознак сої.

REFERENCES
Ball R.A., McNew R.W., Vories E.D., Keisling T.C., Purcell L.C. (2001): Path analyses of population density effects on short-season soybean yield. Agronomy Journal, 93: 187−195. Blumenthal M.J., Quach V.P., Searle P.G.E. (1988): Effect of soybean population density on soybean yield, nitrogen accumulation and residual nitrogen. Australian Journal of Experimental Agriculture, 28: 99−106. Carciochi W.D., Schwalbert R., Andrade F.H., Corassa G.M., Carter P., Gaspar A.P., Schmidt J., Ciampitti I.A. (2019): Soybean seed yield response to plant density by yield environment in North America. Agronomy Journal, 111: 1923−1932. De Luca M.J., Hungría M. (2014): Plant densities and modulation of symbiotic nitrogen fixation in soybean. Scientia Agricola, 71: 181−187. De Luca M.J., Nogueira M.A., Hungria M. (2014): Feasibility of lowering soybean planting density without compromising nitrogen fixation and yield. Agronomy Journal, 106: 2118–2124. Desclaux D., Roumet P. (1996): Impact of drought stress on the phenology of two soybean (Glycine max L. Merr.) cultivars. Field Crops Research, 46: 61−70. Devlin D.L., Fjell D.L., Shroyer J.P., Gorden W.B., Marsh B.H., Maddux L.D., Martin V., Duncan S.R. (1995): Row spacing and rates of soybean in low and high yielding environments. Journal of Production Agriculture, 8: 215−222. Dima D.C. (2017): Results of soybean time of sowing and distance between rows in Romania in the experimental years 2015 and 2016. Scientific Papers. Series A. Agronomy LX, 229−235. Du Y.L., Zhao Q., Chen L.N., Yao X.D., Xie F.T. (2020): Effect of drought stress at reproductive stages of growth and nitrogen metabolism in soybean. Agronomy, 10: 302. Flajšman M., Šantavec I., Kolmanič A., Kocjan Ačko D. (2019): Bacterial seed inoculation and row spacing affect the nutritional composition and agronomic performance of soybean. International Journal of Plant Production, 13: 183−192. Holshouser D.L., Whittaker J.P. (2002): Plant population and row’spacing effects on early soybean production systems in the Mid’Atlantic USA. Agronomy Journal, 94: 603−611. Hu M., Wiatrak P. (2012): Effect of planting date on soybean growth, yield, and grain quality: review. Agronomy Journal, 104: 785–790. IUSS Working Group WRB (2015): World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps. World Soil Resources Reports No. 106. Rome, Food and Agriculture Organisation. Kahlon C.S., Li B., Board J., Dia M., Sharma P., Jat P. (2018): Cluster and principle component analysis of soybean grown at various row spacings, planting dates and plant populations. Open Agriculture, 3: 110−121. Kapustka L.A., Wilson K.G. (1990): The influence of soybean planting density on dinitrogen fixation and yield. Plant and Soil, 129: 145−156. Kocjan Ačko D., Trdan S. (2008): Influence of row spacing on the yield of ten cultivars of soybean (Glycine max. (L.) Merrill). Acta Agriculturae Slovenica, 93: 43−50. Masino A., Rugeroni P., Borrás L., Rotundo L. (2018): Spatial and temporal plant-to-plant variability effects on soybean yield. European Journal of Agronomy, 98: 14−24. Popović V., Vidić M., Jocković D., Ikanović J., Jaksic S., Cvijanoviv G. (2012): Variability and correlations between yield components of soybean (Glycine max (L.) Merr.). Genetics, 44: 33−45. Ray D.K., Gerber J.S., MacDonald G.K., West P.C. (2015): Climate variation explains a third of global crop yield variability. Nature Communications, 6: 5989. Rebilas K., Bacior M., Klimek-Kopyra A., Zając T. (2020): A mode for the yield losses estimation in an early soybean (Glycine max L. Merr.) cultivar depending on the cutting height at harvest. Field Crops Research, 254: 107846. Schmitz P.K., Stalney J.D., Kandel H.J. (2020): Row spacing and seeding rate effect on the soybean seed yield in North Dakota. Crop Forage and Turfgrass Management, 6: e20010. Schutte M., Nleya T. (2019): Row spacing and seeding rate effects on soybean seed yield. Chapter 6. In: Kasai M. (ed.): Soybean. The Basic of Yield, Biomass and Productivity. London, Intech Open, 1−10. ISBN: 978-953-51-3118-2 Sobko O., Hartung J., Zikeli S., Claupein W., Gruber S. (2019): Effect of sowing density on grain yield, protein and oil content and plant morphology of soybean (Glycine max L. Merrill). Plant, Soil and Environment, 65: 594−601. Streeter J.G. (2003): Effects of drought on nitrogen fixation in soybean root nodules. Plant, Cell and Environment, 26: 1199−1204. Wojtyla Ł., Paluch-Lubawa E., Sobieszczuk-Nowicka E., Garnczarska M. (2020): Chapter 7 – Drought stress memory and subsequent drought stress tolerance in plants. Priming-Mediated Stress and Cross-Stress Tolerance in Crop Plants, 115−131. https://doi.org/10. 1016/B978-0-12-817892-8.00007-6 Received: August 7, 2020 Accepted: October 19, 2020 Published online: November 11, 2020

Стаття перекладена та адаптована Анна Б. - ТОВ Агросіті-Кроп