способ тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур

Формула изобретения

1. Способ тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевой зерновой культуры пшеницы, включающий следующие стадии, на которых осуществляют:

(a) выбор первой культуры и второй культуры, основываясь характеристике фенологической пластичности и признаках устойчивости к температуре; причем первая культура и вторая культура может быть одной и той же культурой или разными культурами;

(b) выбор временного интервала от 70 до 100 суток между посевом и уборкой первой культуры в определенном сезоне, и последующий посев и уборка упомянутой первой культуры;

(c) выбор временного интервала от 85 до 120 суток между посевом и уборкой второй культуры в определенном сезоне, и последующий посев второй культуры в течение 20 суток или менее после уборки упомянутой первой культуры, и затем

(d) уборка упомянутой второй культуры.

2. Способ по п.1, в котором упомянутая первая культура и упомянутая вторая культура является посевная культура пшеницы.

3. Способ по п.2, в котором упомянутой пшеницей является сорт "Pusa Gold и упомянутой горчицей является сорт горчицы "Agrani".

4. Способ по п.2, в котором тандемное возделывание сельскохозяйственных культур выполнено предпочтительно как возделывание пшеницы с последующей пшеницей или пшеницы с последующей горчицей, или горчицы с последующей пшеницей, или горчицы с последующей горчицей.

5. Способ по п.1, в котором фенологическая пластичность, проявляемая первой культурой и второй культурой, выбрана на основе условий цветения при длинных/коротких днях, устойчивости к температуре и способности к более раннему созреванию.

6. Способ по п.1, в котором определенный сезон, использованный для посева и уборки урожая, выбран с сентября по апрель.

7. Способ по п.1, в котором общий урожай первой культуры и второй культуры выше на 40-50% урожая культуры, посеянной обычным способом.

8. Способ по п.1, в котором общий урожай первой культуры и второй культуры составляет 2-10 т/г.

9. Способ по п.1, в котором тандемное возделывание сельскохозяйственных культур выполняют посевом упомянутой первой культуры в сентябре и уборкой урожая в ноябре/декабре с последующим посевом второй культуры в ноябре-январе и уборкой урожая в марте-апреле.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к способу тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур.

Точнее, данное изобретение относится к способу тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур при использовании сортов культур с характеристиками фенологической пластичности и признаками устойчивости к температуре.

В последние годы продовольственная безопасность подвержена опасности во всем мире, особенно в третьем мире. Содействующие факторы включают переключение культивирования зерновых культур на культуры для биотоплива в США, Канаде, Европе и Австралии, изменение климата, ведущее к глобальному потеплению, истощение продовольственных запасов и возрастающие цены на хлебопекарную пшеницу и другие профилирующие пищевые культуры на мировых рынках. Увеличение населения, быстрый экономический рост и ухудшающееся глобальное потепление будут дополнять социальный кризис, связанный с продовольствием в будущем. Требуется динамичное развитие сельского хозяйства, чтобы прокормить 10 биллионов человек к 2050 году.

Потребность в зерновой хлебопекарной пшенице Triticum aestivus, пригодной для потребления с наименьшей обработкой, как ожидают, должна повыситься на 50% в продолжение следующих двадцати лет в расчете на увеличение населения и возрастающее предпочтение к ней, как непосредственно потребляемой основной пище. В течение последнего десятилетия Индия стояла перед снижением производства пшеницы, увеличением в потреблении пшеницы и большим импортом пшеницы. Индия также имеет дефицит в производстве съедобного масла и исследует альтернативные растительные масла для превращения в биотопливо.

Пшеницу обычно высевают в ноябре месяце в климатических условиях Индо-Ганга. Средний урожай на фермерских полях составляет примерно 3 тонны на гектар. К тому времени, когда культура достигает созревания, это - март-апрель, и температура является высокой. Зерна получаются созревшими и оформленными, когда культура готова для сбора урожая.

Горчица используется в Индии как источник растительного масла и могла бы служить в качестве возможного биотоплива. Подобно многим другим странам, Индия стремится увеличивать производство пшеницы и масла из семян Brassica горчицы наряду с производством других продовольственных основных продуктов. Это будет включать лучшее регулирование почвы, ирригационной воды, минерального питания, вредителей и болезней, новые режимы культивирования пшеницы и горчицы и улучшенные сорта для достижения данной цели. Изменение в режимах культивирования проявляется как существенное средство для повышения производства пшеницы и горчицы.

Может быть сделана ссылка на статью R.A. Sherry et al. (2007) Divergence of reproductive phenology under climate warming. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 204: 198-202. Данная статья сообщает об эффекте нагревания для индукции отклонения в фенологии цветения и плодоношения и об изменениях среди видов в направлении и размере их реакции на вызванное теплом сжатие и расширение репродуктивных периодов различных видов. Таким образом, данная статья делает вывод о том, что изменение климата могло бы изменять уровневые особенности сообщества в плане репродуктивной фенологии.

Данная статья только сообщает об изменении фенологии разных видов из-за изменения в температуре, но задача, как использовать различные фенологии культур для повышения их продуктивности, не является предметом данной статьи.

Другая ссылка может быть сделана на статью S.M.S. Tomar et al. (2004) Pusa Gold (WR544) a new variety for very late sown conditions. Intensive Agri. 42: 18-19.

Главная задача данного изобретения состоит в создании способа тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур.

Другая задача данного изобретения состоит в создании способа тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур при использовании сортов культур с признаками фенологической пластичности и устойчивости к температуре.

Еще одна задача данного изобретения состоит в создании способа тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пшеницы и горчицы.

Еще другая задача данного изобретения состоит в создании способа тандемного возделывания двух пищевых зерновых культур пшеницы в длительном сезоне раби с сентября до апреля в агроклимате Индо-Гангских равнин.

В данном изобретении предложен способ тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур при использовании сортов культур с признаками фенологической пластичности и устойчивости к температуре. Зерновая хлебопекарная пшеница и горчица для производства масла из семян представляют собой традиционные сельскохозяйственные культуры зимнего сезона (раби) в равнинах северной Индии/Индо-Гангских равнинах. Данная область испытывает понижающиеся уровни теплой погоды и долгие дни в сентябре, октябре и ноябре, прогрессирующее повышение и затем снижение холодных условий и короткие дни между ноябрем и мартом и начало теплой погоды c возвратом к лету и соответственно более длинные дни в марте и апреле. Условно в данной области принята к возделыванию сезонная культура пшеницы или горчицы. Данное изобретение ставит условие в том, что две тандемные культуры пшеницы или горчицы или пшеницы с последующей горчицей или наоборот могли быть приняты к возделыванию в зимнем сезоне раби Индо-Гангских равнин для повышения производства данных продуктов. Данная концепция не пришла на ум специалистам в области возделывания и селекции пшеницы и, насколько известно, отсутствует сообщение о тандемном возделывании пшеницы при природных сезонных изменениях агроклиматов на площадях, где практикуется разведение пшеницы. Для тандемного возделывания культур сорта пшеницы и горчицы должны проявлять свойства цветения в условиях длинного или короткого дня, устойчивость к градиентам температуры и достигать более раннего созревания чем обычное. Желаемые характеристики фенологической и температурной ответной пластичности, которые, как известно, имеют место в вариантных генотипах разных растительных видов [1], должны разрешить такое предполагаемое рентабельное возделывание пшеницы и горчицы в раби/зимнем сезоне в Индо-Гангских равнинах и других географических областях, имеющих соответствующие агроклиматы, где почвенные условия также аналогичны условиям, преобладающим в Индо-Гангских равнинах.

В соответствии с этим, в данном изобретении предлагается способ тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур, причем способ включает следующие стадии, на которых осуществляют:

(а) выбор, по меньшей мере, одной подходящей культуры на основе характеристик фенологической пластичности и признаков устойчивости к температуре;

(b) выбор определенного сезона;

(с) выбор периода вегетации в интервале 70-100 суток между посевом и уборкой урожая одной культуры;

(d) выбор периода вегетации в интервале 85-120 суток между посевом и уборкой урожая второй культуры, следующей за первой культурой, данной на стадии (с).

В варианте осуществления данного изобретения использованная указанная культура выбрана из сельскохозяйственных культур зимнего сезона раби, предпочтительно горчицы и пшеницы и картофеля.

В другом варианте осуществления данного изобретения использованные сельскохозяйственные культуры представляют собой сорт горчицы Agrani и/или сорт пшеницы Pusa Gold .

В еще другом варианте осуществления данного изобретения, тандемное возделывание сельскохозяйственных культур выполнено как возделывание пшеницы с последующей пшеницей или горчицы с последующей горчицей или пшеницы с последующей горчицей или горчицы с последующей пшеницей.

В еще другом варианте осуществления данного изобретения, фенологическая пластичность, проявляемая сортом сельскохозяйственной культуры, выбрана на основе условий цветения при длинных/коротких днях, градиентов устойчивости к температуре и способности к более раннему созреванию.

В еще другом варианте осуществления данного изобретения, использованное состояние окружающей среды предпочтительно является состоянием, преобладающим в Индо-Гангских равнинах.

Далее в другом варианте осуществления данного изобретения, определенный сезон, использованный для посева и уборки урожая, выбран с сентября по апрель.

В еще другом варианте осуществления данного изобретения, повышение урожая сельскохозяйственных культур принимает значение в интервале 40-60% при использовании данного способа.

В еще другом варианте осуществления данного изобретения, урожай сельскохозяйственных культур принимает значение в интервале 2-10 тонн на гектар.

В еще другом варианте осуществления данного изобретения, тандемное возделывание сельскохозяйственных культур выполняется посевом одной культуры в сентябре и уборкой урожая в ноябре/декабре с последующим посевом второй культуры в ноябре/декабре/январе и уборкой урожая в апреле.

Краткое описание таблиц и чертежей

Таблица 1 показывает влияние времени посева на урожай зерна хлебопекарной пшеницы Triticum aestivum сорта Pusa-Gold и горчицы Brassica juncea сорта Agrani в зимнем раби сезоне культивирования в Нью Делхи, сезон 2006-2007.

Таблица 2 показывает продолжительность посева культуры и уборки урожая в случае тандемного возделывания культуры соответственно с урожаем зерна, сезон 2006-07.

Таблица 3 показывает влияние времени посева на урожай зерна пшеницы Triticum aestivum сорта Pusa-Gold в зимнем раби сезоне культивирования в Нью Делхи, сезон 2007-2008.

Таблица 4 показывает продолжительность посева культуры и уборки урожая в случае тандемного возделывания культуры соответственно с урожаем зерна по отношению к обычному возделыванию культуры, сезон 2007-08.

Фиг. 1А показывает культуры пшеницы от трех дат посева в 5 м ² делянках на 22 октября, 07.

Фиг. 1В показывает культуры пшеницы от трех дат посева в 5 м² делянках на 27 ноября, 07.

Фиг. 2 показывает культуры пшеницы от трех дат посева в 5 м² делянках на 21 февраля, 07 на экспериментальной ферме Национального института исследования генома растений (National Institute of Plant Genomne Research, NIPGR), Aruna Asaf Ali Marg, Нью Делхи-67, Индия.

Более подробно, данное изобретение относится к способу тандемного возделывания сельскохозяйственных культур для повышения производства пищевых зерновых культур при использовании разновидностей культур с признаками фенологической пластичности и устойчивости к температуре. Для подтверждения данного изобретения потребовались разновидности/сорта пшеницы и горчицы, которые обладали признаками фенологической пластичности и устойчивости к температуре. Культуры хлебопекарной пшеницы и горчицы, хотя имели истоки в умеренной части мира, в настоящее время широко возделываются в регионах полу-умеренного климата использованием сортов, разработанных применением методик растениеводства. Было выполнено исследование для сорта пшеницы, подходящей для позднего посева, и сорта горчицы, обладающих признаком раннего созревания в регионах полу-умеренного климата. Предусматривалось, что такие разновидности хорошо будут реагировать на изменения в сезонной окружающей среде Индо-Гангских равнин адаптивным образом. Данное исследование привело к идентификации разновидности пшеницы, названной Pusa Gold [2], и разновидности горчицы Agrani [с коричневыми семенами], обе выведены Индийским сельскохозяйственным научным институтом (Indian Agricultural Research Institute), Нью Делхи, в качестве экспериментальных материалов для тестирования концепции данного изобретения.

Фенологическая пластичность представляет собой признак растений, который отражает независимость времени цветения от контролируемых физических факторов, таких как длины дня/ночи и температурного режима, преобладающего в вегетационном периоде.

Время цветения в растениях представляет собой обычно используемый параметр для измерения фенологической пластичности. Время цветения определяли экспозицией длины дня и температуры в период вегетации. Цветение в фенологически пластичных растениях происходит относительно независимо от определяющих факторов.

Семена сорта Pusa Gold WR544 (пшеница) получали из Индийского сельскохозяйственного научного института в сентябре 2005 и высевали поздним сентябрем. Десять растений, которые были морфологически идентичны и показали чистоту посредством ДНК-маркер-анализа, были взяты как источник семян для последующего экспериментирования. Первый опыт по способу оценки тандемного возделывания культуры для повышенного производства пшеницы проводили в период от сентября 2006 до апреля 2007. Второй опыт проводили в течение того же периода в сентябре,07 до апреля,08.

В 2006-07 сезонах, сорт Pusa Gold сравнивали с тремя увеличениями в 9, 13 и 16 для времени цветения и параметрами роста и урожая. Это идентифицировали, как характеристическую фенологическую пластичность, которая может быть использована для повышенного урожая культуры. При увеличении 9 имеются особенности, такие как раннее цветение, аналогичное для Pusa Gold, и соломинки, несущие колосья, являются менее восковыми. Увеличение 13 представляет собой карликовое, более позднее цветение чем для Pusa Gold, и соломинка, несущая колос, является восковой. Увеличение 16 представляет собой очень позднее цветение и показывает слабую фенологическую пластичность.

Семена отбирали от образцов семян разработчика после тестирования и полевые опыты проводили на экспериментальной ферме Национального института исследования генома растений (National Institute of Plant Genome Research), Нью Делхи. Оценка эксперимента была такой, как указано ниже. В сезоне 2006-07 были проведены обработки посевов 11 культур пшеницы и двух культур горчицы. Pusa Gold высевали с интервалом 13-17 суток, начиная от 18 сентября 2006 до 17 февраля 2007, по рандомизированной блок-системе, повторенной четыре раза. Agrani высевали 15 сентября и 1 января с 11 повторностями. Приблизительно 1500 семян пшеницы и 1000 семян горчицы высевали в 10 полос длиной в 3 м в открытом грунте на расстоянии 20 см в каждом блоке размером 3 м х 2 м. N, P, K и S удобрение вносили в дозе 60, 40, 40 и 10 кг/ гектар, соответственно. Почвенные условия поддерживали теми же самыми, которые преобладали в Индо-Гангских равнинах. Культуры убирали блочным образом при созревании зерна. Зерна отделяли спустя 7-14 дней после сбора урожая, урожай фиксировали. Данные сравнивали с обычно доступными стандартами по уборке урожая, вегетационному периоду и выходу зерна и данные статистически анализировали.

Патентоспособность данного изобретения состоит в идентификации разновидностей определенных культур, имеющих характеристичную фенологическую пластичность и устойчивость к температурам, и в применении их для повышения производства культур вплоть до 50%.

Культуру пшеницы обычно высевают в ноябре, в данном изобретении были выбраны некоторые разновидности пшеницы и посеял в сентябре с последующей уборкой урожая в ноябре/декабре в тандеме к другой разновидности горчицы или пшеницы, посеянной в ноябре/декабре/январе с последующей уборкой урожая в марте/апреле, и получил существенное повышение в общем урожае по сравнению с обычной одной культурой.

Следующие примеры даны путем иллюстрирования данного изобретения и поэтому не должны восприниматься как ограничение области данного изобретения.

Пример 1

Хлебопекарная пшеница, посеянная в третью неделю сентября и убранная в конце декабря и посеянная повторно в первую неделю января и убранная в середине апреля, дает суммарный урожай в 10 тонн на гектар, т.е., на 40-50% больше чем традиционная одна культура пшеницы.

Таблица 1
Культура	Дата		Период вегетации (сутки)	Урожай зерна (тонны на гектар)
	посева	уборки урожая
Хлебо-пекарная пшеница	18 сентября 06	16 декабря 06	90	5,2±0,4
	1 октября 06	15 января 07	107	6,2±0,9
	17 октября 06	6 февраля 07	112	5,8±0,6
	1 ноября 06	26 февраля 07	118	7,0±0,8
	15 ноября 06	17 марта 07	123	7,0±1,0
	1 декабря 06	29 марта 07	119	7,0±0,6
	15 декабря 06	3 апреля 07	109	4,7±0,4
	1 января 07	7 апреля 07	97	4,3±0,4
	15 января 07	14 апреля 07	90	4,2±0,5
	2 февраля 07	21 апреля 07	79	3,0±0,3
	17 февраля 07	25 апреля 07	68	2,0±0,4
Горчица	15 сентября 06	20 декабря 06	97	3,5±0,6
	1 января 07	10 апреля 07	100	2,8±0,6

Таблица 2
Период вегетации культуры		Общий урожай зерна (т/га)
первый	второй
сентябрь 18-декабрь 16.06	январь 01-апрель 07.07	9,5
октябрь 01.2006-январь 15.07	февраль 02-апрель 21.07	9,2

Результаты, представленные в таблице 1, показывают, что зерно могло быть получено как урожай от культур пшеницы, посеянных во все разные периоды. Урожай зерна составлял примерно 7 тонн/гектар (т/га), когда культуры высевали 1 ноября, 15 ноября или 1 декабря; данным культурам требовалось 118, 123 и 119 суток для созревания, соответственно. Урожай составлял 5,2 и 6,2 т/га для культур пшеницы, посеянных раньше культур на 18 сентября и 1 октября, которым требовалось 90 и 107 суток для созревания, соответственно. Культуры пшеницы, посеянные 15 декабря, 1 января, 15 января и 2 февраля, которым требовалось 110, 97, 90 и 79 суток для созревания, давали урожай зерна при величине 4,7, 4,3, 4,2 и 3,0 т/га, соответственно. Поэтому ожидается, что культуры пшеницы, посеянные между 18 сентября и 1 октября, дадут урожай примерно 5,7 т зерна/га, и культуры пшеницы, посеянные между 15 декабря и 2 февраля, давали урожай 4,1 тонн зерна/га. Таким образом, две культуры пшеницы, растущие последовательно, дадут примерно 9,8 т/га или произведут на 40% больше зерна пшеницы, чем обычная одна культура пшеницы. Таблица 1 также показывает, что горчица может быть посеяна в тандеме с культурой пшеницы по схемам пшеница горчица или горчица пшеница.

Пример 2

Горчица, посеянная в начале сентября и убранная в середине декабря, даст урожаи в 3 т/га семян на растительное масло и то же самое поле, засеянное пшеницей в конце декабря или начале января, даст 5 т/га зерна хлебного злака.

Таблица 3: Действие времени посева на урожай зерна пшеницы Triticum aestivum сорта Pusa-Gold в зимнем раби-сезоне возделывания в Нью Делхи, интервал 2007-2008.

Таблица 3
Поряд-ковый №	Дата		Период вегетации (сутки)	Урожай зерна (тонны на гектар)
	посева	уборки урожая
1	1 сентября 07	17 ноября 07	78	4,1±0,7
2	8 сентября 07	27 ноября 07	80	4,5±0,6
3	15 сентября 07	15 декабря 07	91	4,8±0,5
4	22 сентября 07	31 декабря 07	100	5,2±0,2
5	29 сентября 07	14 января 08	108	5,3±0,2
6	20 ноября 07	16 марта 08	118	7,0±0,9
7	30 ноября 07	23 марта 08	115	5,9±0,1
8	18 декабря 07	1 апреля 08	105	4,9±0,2
9	3 января 08	7 апреля 08	96	3,7±0,3
10	16 января 08	14 апреля 08	90	3,3±0,1

Таблица 4
Период вегетации культуры		Общий урожай зерна (т/га)
первый	второй
сентябрь 1-ноябрь 17.07	ноябрь 20-март 16.08	11,1
сентябрь 08-ноябрь 27.07	ноябрь 30.07-март 23.08	10,4
сентябрь 15-декабрь 15.07	декабрь 18.07-апрель 01.08	9,7
Период вегетации стандартной культуры
ноябрь 15.06-март 15.07		7,0
ноябрь 20.07-март 16.08		7,0

В течение 2007-08 культуры пшеницы высевали в период от 01 сентября до 29 сентября с интервалом 1 неделя; данные культуры затем убирали при созревании зерна, тогда как вторые культуры цикла высевали спустя 3-4 дня, которые убирали, как показано в таблице 2. Анализ данных показывает, что собранный урожай культуры в период от 01 сентября до 17 ноября и от 20 ноября 07 до 16 марта 08 составлял урожай в 11,1 тонн на гектар; собранный урожай культуры в период от 08 сентября до 27 ноября 07 и от 30 ноября 07 до 23 марта 08 составлял урожай вплоть до 10,4 тонн на гектар. Аналогично, тандемное возделывание культур, проведенное в период от 07 сентября до 15 декабря 07 и от 18 декабря 07 до 01 апреля 08, давало урожай в 9,7 тонн на гектар. При сравнении с урожаем стандартной одной культуры общий урожай тандемно выращенной культуры пшеницы является более высоким, по меньшей мере, на 40-60%.

Пример 3

Пшеница, посеянная в сентябре и убранная в декабре, даст около 6 т/га зерна хлебного злака, и на том же поле культура горчицы, посеянная в январе и убранная в апреле, дает 3 т/га семян на масло.

Оптимальные результаты получали, когда использовали горчицу, картофель или пшеницу в качестве первой культуры и пшеницу в качестве второй культуры. Промежуток между уборкой первой культуры и посевом второй культуры в способе тандемного возделывания сельскохозяйственных культур не должен быть больше чем 15-20 суток, однако промежуток должен быть как возможно меньшим, чтобы реализовать потенциал тандемного возделывания.

Все примеры подтверждают концепцию тандемного возделывания пшеницы, которая была экспериментально оценена в поле, и было показано, что продукция выбранных культур может быть повышена тандемным возделыванием культур в зимнем сезоне раби с сентября по апрель при применении следующей схемы: пшеница пшеница, горчица пшеница или пшеница горчица. Хотя некоторые существующие сорта подходят для реализации на практике предлагаемых схем тандемного возделывания культур, существует необходимость в выведении разновидностей для соответствия данным схемам, чтобы пожинать плоды полного потенциала сезонного тандемного возделывания.