Агроекологічні аспекти вирощування сучасних сортів фундуку в умовах Півночі Степу України

Abstract

У дисертаційному досліджені показано можливості створення продуктивних та якісних стабільних агроценозів фундуку в умовах зони нестійкого зволоження при просуванні нових культур на глобальний південь в рамках стратегії використання змін клімату у зв’язку з суттєвим пом’якшенням умов вирощування. Висвітлена проблематика високої прихованої гетерозиготності сортів традиційної селекції та показані шляхи ідентифікації відповідних форм. Метою роботи було провести агроекологічну оцінку впровадження фундуку як культури у виробничі насадження зони нестійкого зволоження (півночі Степу України) з метою отримання стабільних високопродуктивних агроценозів з гарними фіксованими харчовими якостями за ключовими показниками вмісту цінних елементів. Глобальні зміни клімату ведуть до появи нових можливостей щодо інтродукції у виробничі насадження нових для зон недостатнього зволоження культур. Крім господарського аспекту представляє також інтерес біологія розвитку даної рослини в якісно-новому середовищі при просуванні на глобальний південь в рамках загальної концепції інтродукції нових культур у зв’язку зі змінами клімату. В ході роботи ідентифіковано такі нові та раніше не відзначені ефекти біології розвитку рослин фундуку як суттєве прискорення за формуванням цілком придатних горіхів (вже на перший рік вирощування) та формування до 5-6 суцвіть на кожну плодоносну гілку вже на другий рік вирощування. Встановлено, що наявність суттєвих відмінностей кількісних параметрів по режиму освітлення, температурно-вологісного режиму призводить до якісних змін в онтогенезі, перш за все при переході в розвитку до формування репродуктивних частин рослини. В ситуації зі Степом це призводить до прискорення та інтенсифікації розвитку згідно з нашими спостереженнями. Суттєво впливають на формування врожайності у дослідженої культури наступні ознаки об’єм крони, площа поверхні листя (морфометрія кущів фундуку); товщина шкарлупи, середня маса одного горіха, маса сухих горіхів (100 шт.) (ознаки морфометрії горіху); урожайність з дерева, вихід з ядра. Встановлено, що формування вищої врожайності може відбуватися як через покращення лінійно-вагових характеристик окремих горіхі (сорт Галле) так ї за рахунок виходу більшої кількості горіхів (сорт Косфорд). Останнє може компенсувати та навіть призвести до покращення в порівнянні з іншими за механізмом сортами (сорт Барселонський), тому є доцільним застосування в насадженнях комплексу сортів з обома механізмами формування врожайності. За врожайними якостями переважно відзначився сорт Галле, котрий формує врожайність за рахунок вищих лінійних та вагових параметрів окремих горіхів, можливо використання у комплексі з сортом Косфорд, котрий формує врожайність завдяки більш високій кількості горіхів на кущ, що дозволяє знівелювати негативні тенденції на рівні формування врожаю підсумково, а за рахунок агроекологічної варіативності суттєво підвищити сталість сформованого агроценозу виробничих насаджень фундуку. Ураховуючи показники мінливості окремих ознак за усіма трьома групами (морфометрія куща, горіха та безпосередньо врожайні якості) сорт Барселонський демонструє суттєвий поліморфізм та має неоднорідний біотиповий склад та менш придатний до використання у виробничих насадженнях, менш виражена, але достатньо вагома відповідна тенденція й у сорту Каталонський. Загалом більша мінливість за сортом Барселонський характерна для першої та третьої групи, за іншими сортами по градації мінливість знижується з першої (найвища) до третьої (нижча) групи. Активність рослин фундука у використання сонячної радіації навіть за умов високого рівня цього фактору вагомо впливає на формування продуктивності та залежить від генотипових потенцій кожного сорту. Сорти демонструють переважно дуже низький поліморфізм за даними ознаками. Згідно з проведеним аналізом вагомо на врожайність фундуку впливали такі досліджені параметри як загальна фотосинтетична активність листкового апарату та ефективність його ж у використанні світлового потоку у центральній частині крони. Дані ознаки були лише слабоваріативні. Вищу активність та, таким чином, вищу потенційну продуктивність в умовах дослідження продемонстрували сорти Галле та Косфорд з незначними відмінностями між собою. Сорти Барселонський та Каталонський статистично значимо поступалися за всіма параметрами. Доведена можливість використання вимірів фотосинтетичної активності за SPAD як моніторингового методу для первинної ідентифікації потенційно більш продуктивних форм серед сортів фундука. Усі досліджені ознаки вмісту макро- та мікроелементів відносяться до низьковаріативних, крім вмісту фосфору. Причому переважно на мінливість за цими ознаками впливають генетичні потенції сорту, за виключенням цинку та міді. Генотип-середовищна взаємодія не була значимою, фактор рік був значим, але суттєво поступався за вагомістю у впливі. Усі представлені сорти є константними стабільними формами за дослідженими ознаками вмісту за виключенням сорту Косфорд по вмісту фосфору та є гарним вихідним матеріалом, довели можливість отримання горіхів з високою фіксованою харчовою якістю з огляду на потреби людського організму у розрахунку на споживання 100 г на добу у раціоні. Сорти відзначалися доволі високою генетично-обумовленою стабільністю у прояві ознак вмісту основних елементів, що свідчить про їх перспективність у використанні для отримання продукції фіксованої якості за широкого спектру природніх умов. Більш перспективним для генетичного поліпшення в рамках проведеного дослідження мінливості сортів є ознаки вмісту молібдену та кобальту, потім вмісту фосфору, калію та магнію, марганцю, цинку та міді, але все ще з високою вірогідністю. Менш доцільним є робота з поліпшення вмісту кальцію для представлених сортів фундуку. Проведення досліджень з поліпшення вмісту сірки як ознаки середньоперспективне. За вмістом цінних макро- та мікроелементів відзначився сорт Косфорд (вміст кальцію, сірки, магнію, калію, молібдену, кобальту, марганцю). Досліджені ознаки вмісту біологічно-активних речовин переважно варіюють слабо, крім вмісту харчових волокон, для котрих може бути характерною посередня варіація. В більшості випадків на мінливість за даними ознаками впливають генетичні потенції сорту, доволі часто вагомими є генотип-середовищна взаємодія, фактор рік переважно не був значим та суттєво поступався за вагомістю у впливі. Усі представлені сорти є константними стабільними формами за дослідженими ознаками вмісту та є гарним вихідним матеріалом за ознаками вмісту макро- та мікроелементів та довели можливість отримання горіхів з високою фіксованою харчовою якістю з огляду на потреби людського організму у розрахунку на споживання 100 г на добу у раціоні. Сорти відзначалися доволі високою генетично обумовленою стабільністю у прояві ознак вмісту корисних речовин, що свідчить про їх перспективність у використанні для отримання продукції фіксованої якості за широкого спектру природніх умов. Більш перспективним для генетичного поліпшення в рамках проведеного дослідження мінливості сортів є ознаки вмісту насичених жирних кислот та харчових волокон, вмісту вітамінів А, Е та С. Безперспективним в дослідженому наборі сортів є генетичне поліпшення за ознакою вміст вітаміну РР, котрий фактично не варіював. Більш цінним за дослідженими показниками вмісту біологічно-активних речовин є сорт Галле, за загальним же вмістом цінних речовин за усіма біохімічними аналізами на обох етапах дослідження у комплексі відзначилися сорти Косфорд та Галле, котрі рекомендуються для отримання продукції високої фіксованої якості при вирощуванні у комплексі. Для впровадження використання як вихідного матеріалу, так і для прямого формування перспективних продуктивних та стабільних агроценозів фундуку високої фіксованої харчової якості рекомендовано використовувати сорти Галле та Косфорд у комплексі. При створені виробничих насаджень фундуку в зоні Степу України варто звертати увагу на суттєве прискорення переходу до репродуктивних фаз у розвитку онтогенезу, що може бути суттєвим недоліком для впровадження ранньостиглих форм. Для сортів Каталонський та Барселонський варто провести заходи з внутрішньосортовогу добору за окремими біотипами згідно виявленого дуже високого ступеню генетично-обумовленого поліморфізму за господарсько-цінними ознаками. U dysertatsiinomu doslidzheni pokazano mozhlyvosti stvorennia produktyvnykh ta yakisnykh stabilnykh ahrotsenoziv funduku v umovakh zony nestiikoho zvolozhennia pry prosuvanni novykh kultur na hlobalnyi pivden v ramkakh stratehii vykorystannia zmin klimatu u zviazku z suttievym pomiakshenniam umov vyroshchuvannia. Vysvitlena problematyka vysokoi prykhovanoi heterozyhotnosti sortiv tradytsiinoi selektsii ta pokazani shliakhy identyfikatsii vidpovidnykh form. Metoiu roboty bulo provesty ahroekolohichnu otsinku vprovadzhennia funduku yak kultury u vyrobnychi nasadzhennia zony nestiikoho zvolozhennia (pivnochi Stepu Ukrainy) z metoiu otrymannia stabilnykh vysokoproduktyvnykh ahrotsenoziv z harnymy fiksovanymy kharchovymy yakostiamy za kliuchovymy pokaznykamy vmistu tsinnykh elementiv. Hlobalni zminy klimatu vedut do poiavy novykh mozhlyvostei shchodo introduktsii u vyrobnychi nasadzhennia novykh dlia zon nedostatnoho zvolozhennia kultur. Krim hospodarskoho aspektu predstavliaie takozh interes biolohiia rozvytku danoi roslyny v yakisno-novomu seredovyshchi pry prosuvanni na hlobalnyi pivden v ramkakh zahalnoi kontseptsii introduktsii novykh kultur u zviazku zi zminamy klimatu. V khodi roboty identyfikovano taki novi ta ranishe ne vidznacheni efekty biolohii rozvytku roslyn funduku yak suttieve pryskorennia za formuvanniam tsilkom prydatnykh horikhiv (vzhe na pershyi rik vyroshchuvannia) ta formuvannia do 5-6 sutsvit na kozhnu plodonosnu hilku vzhe na druhyi rik vyroshchuvannia. Vstanovleno, shcho naiavnist suttievykh vidminnostei kilkisnykh parametriv po rezhymu osvitlennia, temperaturno-volohisnoho rezhymu pryzvodyt do yakisnykh zmin v ontohenezi, persh za vse pry perekhodi v rozvytku do formuvannia reproduktyvnykh chastyn roslyny. V sytuatsii zi Stepom tse pryzvodyt do pryskorennia ta intensyfikatsii rozvytku zghidno z nashymy sposterezhenniamy. Suttievo vplyvaiut na formuvannia vrozhainosti u doslidzhenoi kultury nastupni oznaky obiem krony, ploshcha poverkhni lystia (morfometriia kushchiv funduku); tovshchyna shkarlupy, serednia masa odnoho horikha, masa sukhykh horikhiv (100 sht.) (oznaky morfometrii horikhu); urozhainist z dereva, vykhid z yadra. Vstanovleno, shcho formuvannia vyshchoi vrozhainosti mozhe vidbuvatysia yak cherez pokrashchennia liniino-vahovykh kharakterystyk okremykh horikhi (sort Halle) tak yi za rakhunok vykhodu bilshoi kilkosti horikhiv (sort Kosford). Ostannie mozhe kompensuvaty ta navit pryzvesty do pokrashchennia v porivnianni z inshymy za mekhanizmom sortamy (sort Barselonskyi), tomu ye dotsilnym zastosuvannia v nasadzhenniakh kompleksu sortiv z oboma mekhanizmamy formuvannia vrozhainosti. Za vrozhainymy yakostiamy perevazhno vidznachyvsia sort Halle, kotryi formuie vrozhainist za rakhunok vyshchykh liniinykh ta vahovykh parametriv okremykh horikhiv, mozhlyvo vykorystannia u kompleksi z sortom Kosford, kotryi formuie vrozhainist zavdiaky bilsh vysokii kilkosti horikhiv na kushch, shcho dozvoliaie zniveliuvaty nehatyvni tendentsii na rivni formuvannia vrozhaiu pidsumkovo, a za rakhunok ahroekolohichnoi variatyvnosti suttievo pidvyshchyty stalist sformovanoho ahrotsenozu vyrobnychykh nasadzhen funduku. Urakhovuiuchy pokaznyky minlyvosti okremykh oznak za usima troma hrupamy (morfometriia kushcha, horikha ta bezposeredno vrozhaini yakosti) sort Barselonskyi demonstruie suttievyi polimorfizm ta maie neodnoridnyi biotypovyi sklad ta mensh prydatnyi do vykorystannia u vyrobnychykh nasadzhenniakh, mensh vyrazhena, ale dostatno vahoma vidpovidna tendentsiia y u sortu Katalonskyi. Zahalom bilsha minlyvist za sortom Barselonskyi kharakterna dlia pershoi ta tretoi hrupy, za inshymy sortamy po hradatsii minlyvist znyzhuietsia z pershoi (naivyshcha) do tretoi (nyzhcha) hrupy. Aktyvnist roslyn funduka u vykorystannia soniachnoi radiatsii navit za umov vysokoho rivnia tsoho faktoru vahomo vplyvaie na formuvannia produktyvnosti ta zalezhyt vid henotypovykh potentsii kozhnoho sortu. Sorty demonstruiut perevazhno duzhe nyzkyi polimorfizm za danymy oznakamy. Zghidno z provedenym analizom vahomo na vrozhainist funduku vplyvaly taki doslidzheni parametry yak zahalna fotosyntetychna aktyvnist lystkovoho aparatu ta efektyvnist yoho zh u vykorystanni svitlovoho potoku u tsentralnii chastyni krony. Dani oznaky buly lyshe slabovariatyvni. Vyshchu aktyvnist ta, takym chynom, vyshchu potentsiinu produktyvnist v umovakh doslidzhennia prodemonstruvaly sorty Halle ta Kosford z neznachnymy vidminnostiamy mizh soboiu. Sorty Barselonskyi ta Katalonskyi statystychno znachymo postupalysia za vsima parametramy. Dovedena mozhlyvist vykorystannia vymiriv fotosyntetychnoi aktyvnosti za SPAD yak monitorynhovoho metodu dlia pervynnoi identyfikatsii potentsiino bilsh produktyvnykh form sered sortiv funduka. Usi doslidzheni oznaky vmistu makro- ta mikroelementiv vidnosiatsia do nyzkovariatyvnykh, krim vmistu fosforu. Prychomu perevazhno na minlyvist za tsymy oznakamy vplyvaiut henetychni potentsii sortu, za vykliuchenniam tsynku ta midi. Henotyp-seredovyshchna vzaiemodiia ne bula znachymoiu, faktor rik buv znachym, ale suttievo postupavsia za vahomistiu u vplyvi. Usi predstavleni sorty ye konstantnymy stabilnymy formamy za doslidzhenymy oznakamy vmistu za vykliuchenniam sortu Kosford po vmistu fosforu ta ye harnym vykhidnym materialom, dovely mozhlyvist otrymannia horikhiv z vysokoiu fiksovanoiu kharchovoiu yakistiu z ohliadu na potreby liudskoho orhanizmu u rozrakhunku na spozhyvannia 100 h na dobu u ratsioni. Sorty vidznachalysia dovoli vysokoiu henetychno-obumovlenoiu stabilnistiu u proiavi oznak vmistu osnovnykh elementiv, shcho svidchyt pro yikh perspektyvnist u vykorystanni dlia otrymannia produktsii fiksovanoi yakosti za shyrokoho spektru pryrodnikh umov. Bilsh perspektyvnym dlia henetychnoho polipshennia v ramkakh provedenoho doslidzhennia minlyvosti sortiv ye oznaky vmistu molibdenu ta kobaltu, potim vmistu fosforu, kaliiu ta mahniiu, marhantsiu, tsynku ta midi, ale vse shche z vysokoiu virohidnistiu. Mensh dotsilnym ye robota z polipshennia vmistu kaltsiiu dlia predstavlenykh sortiv funduku. Provedennia doslidzhen z polipshennia vmistu sirky yak oznaky serednoperspektyvne. Za vmistom tsinnykh makro- ta mikroelementiv vidznachyvsia sort Kosford (vmist kaltsiiu, sirky, mahniiu, kaliiu, molibdenu, kobaltu, marhantsiu). Doslidzheni oznaky vmistu biolohichno-aktyvnykh rechovyn perevazhno variiuiut slabo, krim vmistu kharchovykh volokon, dlia kotrykh mozhe buty kharakternoiu poserednia variatsiia. V bilshosti vypadkiv na minlyvist za danymy oznakamy vplyvaiut henetychni potentsii sortu, dovoli chasto vahomymy ye henotyp-seredovyshchna vzaiemodiia, faktor rik perevazhno ne buv znachym ta suttievo postupavsia za vahomistiu u vplyvi. Usi predstavleni sorty ye konstantnymy stabilnymy formamy za doslidzhenymy oznakamy vmistu ta ye harnym vykhidnym materialom za oznakamy vmistu makro- ta mikroelementiv ta dovely mozhlyvist otrymannia horikhiv z vysokoiu fiksovanoiu kharchovoiu yakistiu z ohliadu na potreby liudskoho orhanizmu u rozrakhunku na spozhyvannia 100 h na dobu u ratsioni. Sorty vidznachalysia dovoli vysokoiu henetychno obumovlenoiu stabilnistiu u proiavi oznak vmistu korysnykh rechovyn, shcho svidchyt pro yikh perspektyvnist u vykorystanni dlia otrymannia produktsii fiksovanoi yakosti za shyrokoho spektru pryrodnikh umov. Bilsh perspektyvnym dlia henetychnoho polipshennia v ramkakh provedenoho doslidzhennia minlyvosti sortiv ye oznaky vmistu nasychenykh zhyrnykh kyslot ta kharchovykh volokon, vmistu vitaminiv A, E ta S. Bezperspektyvnym v doslidzhenomu nabori sortiv ye henetychne polipshennia za oznakoiu vmist vitaminu RR, kotryi faktychno ne variiuvav. Bilsh tsinnym za doslidzhenymy pokaznykamy vmistu biolohichno-aktyvnykh rechovyn ye sort Halle, za zahalnym zhe vmistom tsinnykh rechovyn za usima biokhimichnymy analizamy na obokh etapakh doslidzhennia u kompleksi vidznachylysia sorty Kosford ta Halle, kotri rekomenduiutsia dlia otrymannia produktsii vysokoi fiksovanoi yakosti pry vyroshchuvanni u kompleksi. Dlia vprovadzhennia vykorystannia yak vykhidnoho materialu, tak i dlia priamoho formuvannia perspektyvnykh produktyvnykh ta stabilnykh ahrotsenoziv funduku vysokoi fiksovanoi kharchovoi yakosti rekomendovano vykorystovuvaty sorty Halle ta Kosford u kompleksi. Pry stvoreni vyrobnychykh nasadzhen funduku v zoni Stepu Ukrainy varto zvertaty uvahu na suttieve pryskorennia perekhodu do reproduktyvnykh faz u rozvytku ontohenezu, shcho mozhe buty suttievym nedolikom dlia vprovadzhennia rannostyhlykh form. Dlia sortiv Katalonskyi ta Barselonskyi varto provesty zakhody z vnutrishnosortovohu doboru za okremymy biotypamy zghidno vyiavlenoho duzhe vysokoho stupeniu henetychno-obumovlenoho polimorfizmu za hospodarsko-tsinnymy oznakamy.