Patterns of winter wheat ear productivity formation depending on the content of trace elements in the soil

Abstract

The study of patterns of the formation of ear productivity depending on the content of potentially bioavailable Fe, Mn, Zn, Cu in the soil, the stochastic formalization of such patterns are important for a more profound understanding of the conceptual and mechanistic aspects of the dependence of yield development on the levels of nutrient supply of winter wheat under the conditions of environmentally friendly fertilization systems. The purpose of this study was to find statistically significant interdependencies, significant and relevant univariate or multivariate regression equations of the dependence of the mass of grains of ear-1 of winter wheat on the content of potentially bioavailable Fe, Mn, Zn, Cu in the soil, arguments and explanations of such subordinations under the conditions of environmentally friendly fertilization systems. The following methods were used in the study: field, laboratoryanalytical, mass-spectrometric, mathematical-statistical (Student's t-test, ANOVA, correlational, single- and multivariate regression analyses). The applied green fertilization systems based on pea straw or pea straw + N30P45K45, or N60P90K90, only N60P90K90 caused an increase in the weight of grains of one ear of winter wheat, the content of mobile forms of Fe, Mn, Zn, Cu in the grey forest soil under this culture (earing phase), compared to the control (without fertilizers). Substantial and significant Pearson correlation coefficients between the mass of grains of an ear of wheat and the content of mobile Fe, Mn, Zn, Cu in the soil, the corresponding contents of Mn and Zn, Cu and Zn, as well as the coefficients of partial correlation of the mass of grains of ear-1 of wheat – Cu, Mn – Zn testified to the complex structure of interdependencies between the traits under study. Reliable, relevant single- and multifactorial regression dependences of the mass of grains of ear-1 on linear combinations of products of independent variables (the content of mobile Fe, Mn, Zn, Cu in the soil) and/or such variables in indicators of natural powers 2–4 (fragments of the Kolmogorov-Gabor polynomial) were found. The coverage of regularities in the formation of the productivity of the ear of winter wheat depending on the content of potentially bioavailable microelements in the soil under the conditions of environmentally friendly fertilization systems will enable the theoretical substantiation and development of the latest strategies of mineral and ecological engineering of agricultural systems to maintain prominent levels and biological safety of the harvest of the specified crop.

Вивчення паттернів формування продуктивності колоса залежно від вмісту потенційно біодоступних Fe, Mn, Zn, Cu у ґрунті, стохастична формалізація таких закономірностей є важливими для поглибленого розуміння концептуальних і механістичних аспектів підпорядкованостей розвитку урожайності рівням забезпечення пшениці озимої поживними речовинами за умов екологізованих систем удобрення. Мета роботи полягала у віднаходженні статистично достовірних взаємозалежностей, значущих і релевантних одно- або багатофакторних регресійних рівнянь залежності маси зерен колос–1 пшениці озимої від вмісту потенційно біодоступних Fe, Mn, Zn, Cu у ґрунті, аргументаціях та роз'ясненнях таких підпорядкованостей за умов екологізованих систем удобрення. У дослідженнях використано такі методи: польові, лабораторно-аналітичні, мас-спектрометричний, математико-статистичні (t-тест Стьюдента, ANOVA, кореляційний, одно- та багатофакторний регресійний аналізи). Застосовані екологізовані системи удобрення на основі соломи гороху або соломи гороху + N30Р45К45, або N60P90K90, лише N60P90K90 викликали збільшення маси зерен колос–1 пшениці озимої, вмісту рухомих форм Fe, Mn, Zn, Cu у сірому лісовому ґрунті під цією культурою (фаза колосіння), порівняно з контролем (без добрив). Істотні й значущі коефіцієнти кореляції Пірсона між масою зерен колос–1 пшениці й вмістом рухомих Fe, Mn, Zn, Cu у ґрунті, відповідними вмістами Mn і Zn, Cu і Zn, а також коефіцієнти часткової кореляції маса зерен колос–1 – Cu, Mn – Zn засвідчили складну структуру взаємозалежностей між вивченими ознаками. Віднайдено достовірні, релевантні одно- й багатофакторні регресійні залежності маси зерен колос–1 від лінійних комбінацій добутків незалежних змінних (вміст рухомих Fe, Mn, Zn, Cu у ґрунті) і/або таких змінних у показниках натуральних степенів 2–4 (фрагменти полінома Комогорова-Габора). Розкриття закономірностей формування продуктивності колоса пшениці озимої залежно від умісту потенційно біодоступних мікроелементів у ґрунті за умов екологізованих систем удобрення дозволить теоретично обґрунтувати і розробити новітні стратегії мінерально-екологічного інжинірингу систем землеробства з метою підтримання високих рівнів і біологічних безпек урожаю зазначеної культури.