The results of a comparative assessment of the influence of main agrotechnological factors on the harvest of spring barley cultivar ʻMoskovsky 86ʼ in natural and climatic conditions in the Leningrad Region are presented. The research was conducted between 2019 and 2021 on swardy cryptopodzol loamy sand soil. The scheme of micro field experiment included three studied factors: seeding rate (4, 5, and 6 million germinating seeds/ha), nitrogen fertilizer dose (N0 and N60) and herbicidal treatment (no treatment, Lintur, or EDG). According to the results of the research it was found that the seeding rate of 0.1 %, 28 %, and 18 % over the years of the study had a more stable influence on the yield of spring barley due to its less dependence on weather conditions. The yield of barley in the experiment (47.4 %) was more determined by the application of nitrogen fertilizer than by the seeding rate (13.9 %). These factors influenced mainly on the density of the productive stem, which increased with the raise in the seeding rate by 22.0–31.7 %. With the application of nitrogen fertilizer, it increased by 2.1 times (in 2019). Under conditions of acute moisture shortage, the effect of the herbicide on barley yields was weak (0.9–1.9 %) and not significant from the economic point of view. The impact of using the herbicide under stress was more evident in the variant without fertilizers. The formation of the highest yield of spring barley of the ʻMoskovsky 86ʼ cultivar (250 g/m2) was achieved due to the pre-sowing application of nitrogen fertilizer at a dose of 60 kg a.i./ ha, a seeding rate of 6 million germinating seeds/ha and herbicidal treatment.

For the first time, quantitative trait loci (QTLs) were mapped in spring bread wheat ( Triticum aestivum L.) upon soil application of different doses of lime ameliorant, raw dolomite, with the purpose of identification of the genetic determinants that determined the “genotype-environment” ecological genetic interaction in recombinant inbred lines of this crop. As a result of this study, 29 economically valuable traits were evaluated and a total of 150 QTLs were mapped. Statistical significance of the association between the identified QTLs and polymorphism for each studied trait was established on the basis of the threshold LOD (logarithm of odds) score. It was demonstrated that soil application of either half or full ameliorant doses resulted in that QTLs that determine the manifestation of 14 studied traits changed their location on the linkage groups depending on the applied dose of raw dolomite, while QTLs of 15 traits remained stable and did not change their experimentally determined chromosomal location. The conducted correlation and one-way analysis of variance made it possible to reveal the nature of the association between the traits and applied doses of lime ameliorant. Computations were performed using the maximum likelihood criterion, as well as statistical criteria for assessing the significance of the results. The data obtained are of interest for the further study of the ecological and genetic mechanisms of the realization of the studied traits and control of growth, development and productivity in spring bread wheat, and the determination of trigger mechanisms for the action of the ameliorant on the physiological state of plants.

In this work, quantitative trait loci (QTL) were mapped for the first time in spring bread wheat (Triticum aestivum L.) when various doses of a lime ameliorant, raw-milled dolomite, were introduced into the soil in order to reveal and identify genetic determinants that determine the ecological genetic interaction “genotype–environment” in recombinant inbred lines of this crop. As a result of the research, 29 economically valuable traits were evaluated and a total of 150 QTLs were mapped. The significance of the relationship between the identified QTLs and polymorphism for each studied trait was established based on the threshold values of the likelihood ratio of the logarithm of odds (LOD-score). It was found that when half and full doses of the ameliorant were applied to the soil, the QTLs that determine the manifestation of 14 studied traits changed their location on the linkage groups depending on the applied dose of raw ground dolomite, and the QTL of 15 traits remained stable and did not change the localization on the chromosomes established in the experiments. Conducted correlation and one-way analysis of variance made it possible to establish the nature of the conjugation of the relationship between the traits and the dose of the introduced lime ameliorant. When performing mathematical calculations, the maximum likelihood criterion and statistical criteria for assessing the significance of the results were used. The results obtained are of interest for the subsequent study of the ecological and genetic mechanisms of the realization of the studied traits and the control of growth, development and productivity in spring soft wheat, and the establishment of trigger mechanisms for the action of the ameliorant on the physiological state of plants.

In a long-term study in a long-term stationary experiment, it was revealed that the effect of mineral fertilizers extended to the quantitative composition and structure of the contamination of fields of grain-grass crop rotation, but not to the species composition of weed vegetation. Under the influence of mineral fertilizers, the height and weight of weeds increased, but their number decreased during the period of co-growth with cultivated plants during the growing season (by 12.0–22.6%). In the absence of a pronounced competitiveness of cultivated plants in the non-maneuverable version of the experiment, the weeds from the spring period to the harvest increased by 47%. The contamination of fields with perennial dicotyledonous weed species and their relative abundance in fertilized variants decreased by 2.4–3.6 times, and with small-year dicotyledonous species increased by 1.3–1.4 times. White marjoram and pickles turned out to be responsive to the application of mineral fertilizers, while field thorice and wild radish mainly grew in an untreated version, where the acidity of the soil had higher indicators.

В Северо-Западном регионе России в течение пяти лет изучалась возможность использования вегетационного индекса NDVI для прогностических моделей урожайности ярового ячменя. Мониторинг развития посевов проводился еженедельно с помощью ручного датчика урожайности GreenSeeker® компании Trimble. Учеты проводили на постоянных учетных площадках с разными уровнями минерального питания и использования средств защиты растений. Коэффициент корреляции между урожайностью и сухой надземной биомассой ярового ячменя (без учета зерна) при уборке составил 0,87 в среднем за пять лет, индекс урожайности – 0,26. Урожайность варьировала от 2,1 до 4,1 т га–1. Связь урожайности ярового ячменя с вегетационным индексом является значимой начиная с 4-й недели после появления всходов и до конца вегетации. Максимальная теснота связи (R= 0,57–0.67) наблюдалась с 5-й по 7-ю неделю вегетации. Построены уравнения регрессии между показателями NDVI в разные сроки исследования и урожайностью ярового ячменя. Прогностическая ценность моделей урожайности ярового ячменя только по величине NDVI невысокая (R2 = 0,46). Установлено, что многолетняя и сезонная динамика NDVI посева ярового ячменя в большей степени определяется метеоусловиями года и в меньшей – уровнем агротехнологий. Использование минеральных удобрений приводит к увеличению NDVI на всем протяжении вегетации. Использование гербицидов при равных дозах минеральных удобрений не приводит к достоверным различиям по величине вегетационного индекса. Связь между величиной вегетационного индекса и урожайностью ярового ячменя усиливается с увеличением уровня минерального питания. Качество прогноза может зависеть от сорта ячменя.

The North-West region of the Russian Federation is characterized by high weed infestation and large yield losses of spring barley. At the same time, the use of herbicides in agrocenoses of spring barley with perennial grasses oversowing has its own characteristics. The aim of the study was to determine the effectiveness of herbicides Agritox, VK and Bazagran, VR against weeds in the agrocenosis of spring barley and their effect on the growth of perennial grasses during current and next years. The studies were carried out at the agroecological station of the Menkovsky branch of the Agrophysical Research Institute, located in the Leningrad region, during 2012–2019. The studies have shown significant differences in the effectiveness of herbicides Agritox, VK and Bazagran, VR in relation to weed species common in agrocenoses of spring barley with oversowing of perennial grasses in the North-West of Russia. The herbicide Agritoks, VK turned out to be less effective against stickwort and common nipplewort, and Bazagran, VR — against white goosefoot, field pansy, common fumitory and hemp-nettle. Under conditions of moisture deficit and high average daily temperatures, the herbicide Agritox, VC induced a phytotoxic effect on red clover plants, which was reflected in the accumulation of the vegetative mass of perennial grasses both in the year of growth under the cover of barley and in next years as a targeted use during hay production.

Для исследований, проведенных в период 2015–2017 гг. на полях агроэкологического стационара Меньковского филиала ФГБНУ АФИ (Ленинградская обл., Гатчинский район), в среде RStudio (R version 3.6.2) был проведен разведочный анализ данных влияния средств защиты растений и минерального удобрения на компоненты агроценоза ярового ячменя с подсевом многолетних трав. Цель анализа – выявление взаимосвязей, взаимовлияния и действия каждого из агротехнологических приемов на урожайность ярового ячменя. Разведочный анализ данных показал, что урожайность ярового ячменя с подсевом многолетних трав в условиях Северо-Западного региона определяется величиной сформировавшейся фитомассы. Формирование фитомассы ячменя зависело от уровня минерального питания и условий года. Обработка гербицидами в период вегетации приводила к достоверному уменьшению фитомассы сорных растений при уборке, однако увеличивала фитомассу ячменя только на вариантах с удобрениями. Подсев в ячмень многолетних трав оказывал влияние уже в год посева. Фитомасса ячменя имела заметную отрицательную корреляцию с массой подсеянных трав. Анализ позволяет сделать вывод, что между признаками фитомассы отдельных компонентов в ценозе существуют взаимодействия. Эти связи меняются при изменении фитосанитарной обстановки, минерального питания и погодных условий.

В агроэкологическом стационаре Меньковского филиала ФГБНУ АФИ (Ленинградская обл., Гатчинский район) в 2012–2016 гг. проведены исследования по оценке влияния средств защиты растений и минерального удобрения в различающихся условиях вегетации на культуры полевого севооборота в Северо-Западном регионе с целью выявления взаимосвязей, взаимовлияния и действия каждого из факторов на урожайность. Представлены данные о вкладе в формирование урожайности ярового ячменя, озимой ржи, картофеля и ярового рапса гидротермических условий вегетации и факторов интенсификации земледелия – минеральных удобрений и интегрированной системы защиты растений. Гидротермические условия вегетации определяли 60% урожайности у картофеля, 59% – у озимой ржи и 34% – у ярового ячменя. Приоритетность техногенных факторов, определяющих урожайность, различна для культур полевого севооборота. Определяющим зерновую продуктивность озимой ржи (на 21% в среднем за годы изучения) и ярового ячменя (на 33%) показателем является уровень агрофона. Урожайность картофеля в равной степени (на 9-10% в среднем за годы изучения) может определяться или уровнем минерального питания, или эффективностью системы защиты растений. Эффект от фитосанитарных мероприятий возрастал с увеличением уровня минерального питания (с 60% до 73%). Урожайность рапса менее всего зависит непосредственно от погодных условий (на 9%) и определяется совокупным действием интегрированной системы защиты растений (24%) и удобрений (15%) в конкретных условиях вегетации (вклад взаимодействия трех факторов – 28%).

Проведенными исследованиями выявлены достоверные разнонаправленные изменения фитосанитарного состояния посевов озимой ржи под влиянием предпосевного внесения полного минерального удобрения на Северо-Западе РФ. Они являлись следствием выраженного влияния удобрений на густоту и высоту стеблестоя культурных растений, под действием которого изменялись условия для произрастания сорных растений, развития болезней и жизнедеятельности вредных насекомых. Положительные изменения в фитосанитарной обстановке посевов озимой ржи под влиянием удобрений были связаны с уменьшением гибели растений от снежной плесени (в 1.3–1.4 раза), снижением заселенности растений (в 1.5–1.8 раза) злаковыми тлями и поврежденности зерен (в 1.6–2.0 раза) обыкновенной зерновой совкой. Кроме того, отмечалось усиление конкурентоспособности растений озимой ржи, ограничивающей развитие уже произрастающих и прорастание новых экземпляров сорняков. Отрицательный эффект проявлялся в увеличении начальной засоренности посевов (в 2.3 раза по численности и 2.9–3.2 раза по проективному покрытию), усилении поражения растений озимой ржи листостеблевыми болезнями (ринхоспориоз и стеблевая ржавчина – 1.2–1.4 раза) и семенной инфекцией (фузариевые грибы – 1.8–2.4 раза, грибы, вызывающие чернь колоса, – 2.0–2.1 раза). Таким образом, повышение уровня обеспеченности растений основными элементами питания за счет предпосевного внесения минеральных удобрений приводит в основном к ухудшению фитосанитарного состояния посевов и семян озимой ржи, в результате чего возрастает целесообразность проведения защитных обработок гербицидами и фунгицидами на этой культуре в Северо-Западном регионе РФ.

The studies revealed significant changes in the phytosanitary condition of winter rye crops due to the use of mineral fertilizers in the North-West of the Russian Federation. The negative effect appeared as increase of the initial spreading of weeds (2.3 times in number and 2.9–3.2 times in projective coverage), increased destruction of winter rye with the liststyletype diseases, such as scald and stem rust in 1.2–1.4 times, and seed infections (Fusarium spp. – 1.8–2.4 times, Epicocum purpurascens and Cladosporium herbarum – 2.0–2.1 times). Positive changes in the phytosanitary conditions of winter rye crops affected by the fertilizers were associated with a decrease in plant death from snow mold in 1.3–1.4 times, a decrease of the cereal aphid population in 1.5–1.8 times and reduced grain damage with an ordinary grain scoop in 1.6–2.0 times. Therefore, the increased usage of the mineral nutrition leads mainly to the deterioration of the phytosanitary conditions of plants and seeds of winter rye, emphasizing the importance of protective treatments with herbicides and fungicides of this culture in the North-Western region of the Russian Federation.

Abstract—The integrated effect in application of the mineral fertilizer application and protective measures influencing the weed infestation and potato yield was revealed. It was mostly developed during the second half of the vegetation and expressed in stronger suppression of plant development (from 36.6 to 20.4 and 11.1 g/m2, respectively, on low, moderate, and high mineral nutrition), in the reduction of species diversity (from 12 to 10 and 10 species/m2, respectively), and number of weeds (from 69 to 42 and 32 specimen/m2). The highest biological (biomass reduction was 95.3% and the number of weeds was 79%) and economic (yield increase was 228 c/ha or 107%) effects were achieved by the high rates of mineral fertilizer application and combined protective measures of potato plants from weeds. This variant was also characterized by the greatest profitability (125.3%), whereas chemical protection, providing double treatment of potato plantings with herbicides, even at the moderate and high levels of mineral nutrition, was less effective (102.6 and 109%) in economic terms.

Исследования показали, что вегетационный индекс NDVI позволяет достоверно диагностировать условия минерального питания растений на протяжении всего периода летней вегетации зерновых культур. Посевы ярового ячменя и озимой ржи, в которых растения нуждались в улучшении питательного режима, имели низкий показатель NDVI: в фазу выхода в трубку, когда проводится внекорневая подкормка, он составлял менее 0,5. Анализ данных показал слабую изменчивость индекса NDVI в зависимости от фитосанитарного состояния посевов зерновых культур, что обусловлено разнонаправленным влиянием вредных организмов на формирование вегетативной массы культурных растений и их спектральные характеристики. У озимой ржи изменения индекса были связаны с проявлением снежной плесени, у ярового ячменя – с засоренностью и поражением гельминтоспориозными пятнистостями. При этом степень изменений индекса определяется уровнем проявления фитосанитарной ситуации. Высокая степень зависимости урожайности от значений вегетационного индекса NDVI у озимой ржи установлена в период «выход в трубку – колошение», у ярового ячменя – в декады до, во время и после колошения.

Представлены результаты изучения сезонных значений вегетационного индекса NDVI посевов зерновых культур, типичных для Северо-Западного региона (озимой ржи и ярового ячменя). Значения NDVI получены на основе измерений цифровым спектрометром с активным источником излучения GreenSeeker® на стационарных учетных площадках. Исследования показали, что вегетационный индекс NDVI позволяет достоверно диагностировать условия минерального питания растений на протяжении всего периода летней вегетации зерновых культур. В результате анализа данных установлена слабая изменчивость индекса NDVI в зависимости от фитосанитарного состояния посевов зерновых культур. Изменения индекса посевов озимой ржи были связаны с проявлением снежной плесени, ярового ячменя – с засоренностью и поражением гельминтоспориозными пятнистостями, при этом степень изменений индекса определялась степенью проявления фитосанитарной ситуации. The paper presents the results of studying the seasonal values of the vegetative index NDVI of crops typical for the North-West region (winter rye and spring barley). The NDVI values were obtained on the basis of measurements by a digital spectrometer with an active source of radiation GreenSeeker at stationary sites. Studies have shown that the vegetative index NDVI allows to reliably diagnosing the conditions of mineral nutrition of plants throughout the entire summer vegetation period of crops. As a result of the analysis of the data, it was established that variability of the NDVI index depending on the phytosanitary state of crops is weak. Variability in the index of winter rye crops was caused by snow mold infection, spring barley crops – by weediness and helminthosporium infection, while the degree of variability in the index was determined by the phytosanitary situation.