Зернобобовые культуры: системный подход к анализу роста, развития и формирования урожая

Москва

ИНФРА-М

20ЗЕРНОБОБОВЫЕ 

КУЛЬТУРЫ

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД 

К АНАЛИЗУ РОСТА, РАЗВИТИЯ 
И ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЯ

Монография

Г.Г. Гатаулина,  С.С. никитина

Гатаулина Г.Г.

Зернобобовые культуры: системный подход к анализу роста, 

развития и формирования урожая :  монография / Г.Г. Гатаулина, С.С. Никитина. — М. : ИНФРА-М, 2020. – 242 с. – (Научная 
мысль). – www.dx.doi.org/10.12737/18019.

ISBN 978-5-16-011846-8 (print)
ISBN 978-5-16-104307-3 (online)

В данной монографии результаты многолетних исследований осве
щаются с позиций рассмотрения агроценоза зернобобовых культур как 
сложной динамической фотосинтезирующей системы. Показаны закономерности фотосинтетической деятельности и продукционного процесса, 
общие для зернобобовых культур, а также особенности и вариабельность, 
связанные с генотипом и метеорологическими факторами.

Предназначена для магистров, аспирантов, научных сотрудников, 

преподавателей, производителей зернобобовых культур.

УДК 635.65:631.559:581

ББК 42.11-23:41.47

УДК 635.65:631.559:581
ББК 42.11-23:41.47

Г23

© Гатаулина Г.Г.,  
     Никитина С.С., 2016

ISBN 978-5-16-011846-8 (print)
ISBN 978-5-16-104307-3 (online)

Г23

А в т о р ы:
Гатаулина Галина Глебовна – д-р с.-х. наук, профессор, почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, 
почетный член Международной ассоциации по люпину (International 
Lupin Association);
Никитина Светлана Сергеевна – канд. с.-х. наук, доцент кафедры растениеводства и луговых экосистем Российского государственного аграрного 
университета – МСХА имени К.А.Тимирязева

ВВЕДЕНИЕ

Значение зернобобовых культур в мире очень велико. Их возделывают для получения семян и биомассы с высоким содержанием 
белка. Эти культуры проходят через всю историю человечества, демонстрируя многообразие их использования в пищу, в корм животным и как зеленое удобрение. В семенах зернобобовых культур 
содержится в 2–4 раза больше белка по сравнению с зерновыми 
хлебными злаками. Зернобобовые культуры, как и другие растения 
семейства Fabaceae, способны усваивать азот атмосферы благодаря 
симбиозу с клубеньковыми бактериями рода Rhizobium. Развитие 
современного животноводства и инновации в пищевой промышленности требуют постоянного увеличения производства растительного 
белка, о чем свидетельствует рост посевных площадей в мире под 
соей во всех регионах, которые соответствуют биологическим особенностям этой теплолюбивой культуры.
Однако зернобобовые культуры демонстрируют не только важные 
преимущества в их использовании и производстве, но также и не 
менее существенные недостатки. К их числу относится более низкая 
урожайность зернобобовых по сравнению с зерновыми культурами, 
а также нестабильность относительно высокой, достигнутой адаптированными сортами урожайности по годам.
Для управления формированием урожая необходимо знание всех 
особенностей продукционного процесса и факторов, оказывающих 
влияние на формирование урожая на разных его этапах.
Во многих работах, посвященных исследованиям зернобобовых 
культур, приводятся определенные характеристики продукционного 
процесса. Однако весьма затруднительно сравнивать динамические 
показатели, полученные в разные годы испытания, в разных местах, 
а также привлекать для обсуждения литературные источники, если 
эти данные (например, нарастание биомассы, ассимиляционная поверхность) представлены по датам, так как состояние посева (микрофаза) у разных культур и сортов на одну и ту же календарную дату 
в этом случае будет разным.
Многие авторы проводят биометрические измерения, указывая 
фазу развития растений. Обычно называют фазы цветения, выполненных бобов. Однако фаза цветения (от раскрытия первого цветка 
на растении до раскрытия верхнего) обычно длится 15–30 дней. 
В какой момент этой фазы были сделаны биометрические измерения? Кроме того, одновременно с цветением на верхнем ярусе растения происходит завязывание бобов на среднем ярусе, а нижние 
бобы уже достигли определенных размеров. Понятно, что эти данные 
трудно интерпретировать в связи с исследованиями других авторов. 
В этом случае сравнивать можно только конечные показатели раз

вития динамической системы — агроценоза: урожайность и элементы структуры урожая, не принимая во внимание непосредственно продукционный процесс, как таковой. На наш взгляд, это 
связано с методическим подходом к изучению динамических показателей продукционного процесса.
В данной монографии приведены, проанализированы и обобщены 
результаты многолетних опытов с зерновыми бобовыми культурами, 
выполненными Г.Г. Гатаулиной и под ее руководством. В основе примененного методического подхода лежит рассмотрение посева (ценоза) как фотосинтезирующей системы, постепенно, поэтапно формирующей урожай семян (конечная цель развития системы) через 
рост, фотосинтез и другие физиологические процессы, интенсивность и направленность которых изменяется в процессе развития. 
Это позволяет изучать изменения в системе по изменениям в его 
звеньях, изучать специфические системные качества. Биологически 
обоснованные периоды в развитии растений выделяются как подсистемы, каждый из периодов завершается одной или несколькими 
выходными величинами, важными с точки зрения формирования 
урожая.
Возможность и точность определения начала и конца каждого 
периода по морфологическим признакам, аналогичным у всех зернобобовых культур, позволяют изучать и сравнивать разные виды, 
сорта при разных условиях произрастания не только по конечной 
величине развития системы — урожайности семян, но и по всем динамическим показателям, характеризующим посев в конце каждого 
периода. Например, можно сравнить разные сорта гороха или определенные сорта гороха и сои по показателям второго периода (цветения и образования бобов) — по его продолжительности, фотосинтетическому потенциалу, чистой продуктивности фотосинтеза, площади листьев, накоплению биомассы, азота и т.д., а также по 
интенсивности определенных физиологических процессов в течение 
каждого периода.
В данной монографии представлены динамические характеристики продукционного процесса по биологически обоснованным 
периодам развития. Показана степень вариабельности динамических 
характеристик продукционного процесса в зависимости от генотипа 
растений, метеорологических факторов и их связь с изменением урожайности и белковой продуктивности растений. Установлены общие 
закономерности, а также видовые и сортовые особенности продукционного процесса у зерновых бобовых культур.

Глава 1 
ЗНАЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  
ЗЕРНОБОБОВЫХ КУЛЬТУР

Зерновые бобовые культуры играют важную роль в сельскохозяйственном производстве. Они относятся к семейству Бобовых 
(Fabaceae) и включают такие роды и виды, как горох, кормовые 
бобы, фасоль, соя, люпин, чина, чечевица, вигна, нут и др. В зеленой 
массе и в семенах этих культур содержится много белка — в 2–4 раза 
больше, чем в зерновых культурах семейства мятликовых. В производстве известны многие виды зернобобовых. Их распространение 
зависит от особенностей культуры и климатических условий. 
В странах с достаточными тепловыми ресурсами наибольшее распространение получили соя, нут, фасоль, вигна, а в странах с умеренным климатом — горох, кормовые бобы, люпин. По содержанию 
белка в семенах особенно выделяются соя — 35-40% и люпин 
желтый — 40–45%. В семенах гороха в среднем содержание белка 
составляет 23–25%, в семенах кормовых бобов — 27–30%.
Зерновые бобовые культуры используются человеком с глубокой 
древности, известны во всех земледельческих культурах и цивилизациях. Они использовались в пищу, на корм скоту и как элемент севооборота. Достоинства этих растений известны с давних времен. 
Они способны давать урожай семян, в которых содержится много 
протеина и создавать этот урожай в значительной мере за счет фиксации азота воздуха. Однако наряду с явными преимуществами у зернобобовых много недостатков. Их урожайность ниже, чем у зерновых. В различных органах растений часто содержатся антипитательные вещества: ингибиторы трипсина, алкалоиды в люпине, 
танины в кормовых бобах и т.п. Зернобобовые чувствительны к болезням, вредителям и сорнякам, которые сильно влияют на их урожайность.
В научном и селекционном плане эти культуры также меньше 
проработаны по сравнению с зерновыми, хотя в прошлом веке 
многие выдающиеся открытия были сделаны с использованием бобовых растений в качестве объекта исследования: установление Менделем законов наследования на горохе, получение чистых линий 
Иогансеном у фасоли и др.
В ХХ в. роль зернобобовых культур в сельскохозяйственном производстве постепенно снижалась по ряду причин. Индустриальная 
революция, производство искусственных удобрений, пестицидов, 
гербицидов и других химикатов определили путь сельского хозяйства 

в разных странах на индустриальной основе. Применение искусственных удобрений позволило получать высокие урожаи зерновых 
культур и выращивать их как монокультуру. Роль бобовых в севообороте и повышении плодородия почвы была резко снижена (Шпаар 
и др., 2000). Однако к концу ХХ в. «избыточное» сельское хозяйство 
в развитых странах породило много проблем, которые требуют разрешения. К числу таких глобальных проблем, связанных с защитой 
окружающей среды, относятся: снижение почвенного плодородия, 
усиление эрозии почв, загрязнение почвы и водных источников из-за 
неумеренного применения удобрений, пестицидов и гербицидов; 
ухудшение качества продукции и т.д. (Pahl H., Hoffman H., 1992; 
Шпаар Д. и др., 2000; Pahl H., 2001).
Экологическое, биологическое и биодинамическое сельскохозяйственное производство предусматривает использование бобовых 
растений в качестве пищевых и кормовых культур, способных поддерживать и повышать плодородие почвы, а урожай создавать за счет 
фиксации атмосферного азота (Шпаар и др., 2000; Sweetingham M., 
Kingwell R., 2008). Кроме того, требует решения и проблема дефицита протеина в пищевых и кормовых рационах. В связи с этим широкое распространение на американском континенте получила соя. 
Большое количество исследований было проведено с этой культурой, 
получены новые урожайные сорта, устойчивые к болезням и вредителям. Однако производство сои развивалось прежде всего, как технической и масличной культуры. После извлечения масла соевый 
шрот с высоким содержанием белка находил широкий спрос на мировом рынке, как источник пищевого и кормового белка. Европейские страны закупали это сырье для производства концентрированных кормов и пищевых продуктов. Зависимость производства 
животноводческой продукции от американского сырья и усложняющиеся проблемы сельскохозяйственного производства, связанные 
с загрязнением окружающей среды, стимулировали европейские 
страны к изучению и внедрению в производство зернобобовых 
культур. В странах ЕС были профинансированы программы по зернобобовым, как научные, так и для поддержки фермеров, производящих эти культуры. Вначале в них были включены такие культуры, 
как горох и кормовые бобы, а затем и люпин.
Производство зернобобовых культур по регионам мира неравномерно. В 1998 г., по данным ФАО, под зернобобовыми в мире было 
занято 139,8 млн га, из них соя занимала 66,5 млн га (47,6%), арахис — 
23,4 млн га (16,7%), фасоль — 26,3 млн га (18,8%), нут — 11,3 млн га 
(8,0%), горох — 6,7 млн га (4,8%). Удельный вес производства зерна 
был иным из-за разного распределения культур по странам и континентам и неодинаковой их урожайности в разных странах. Так, по 
производству зерна на долю сои приходилось 65%, а фасоли всего 8%.

К 2006 г. площади под соей в мире выросли на 40% (табл. 1). 
В этой таблице показано, что все ведущие страны — производители 
сои расширили посевные площади. В Бразилии и Аргентине площади выросли соответственно с 11,8 до 22,6 и с 6,5 до 11,1 млн га. 
Наиболее высокая урожайность этой культуры также в США, Бразилии и Аргентине. Тенденция увеличения производства сои продолжается (табл. 2).

Таблица 1
Ведущие страны — производители сои (данные ФАО)

Страна
Площадь, тыс. га
Урожайность, ц/га

1996–1998 гг.
2006 г.
1996–1998 гг.
2006 г.

США
27 595
28 984
25,5
30,2

Бразилия
11 842
22 607
22,9
23,8

Китай
8062
9100
17,3
17,0

Аргентина
6516
15 097
20,0
26,8

Индия
5544
7710
9,7
10,7

Канада
967
1225
25,5
28,8

РФ
431
810
6,6
10,0

Мир
66 431
92 989
21,5
23,8

Таблица 2
Посевные площади и производство сои в мире в 2011 г. 
(данные ФАО)

Страна
Площадь,  
млн га
Валовой сбор,  
млн т

Мир
103,0
260,9

США
29,80
83,19

Бразилия
23,97
74,81

Аргентина
18,77
48,88

Индия
9,95
12,28

Китай
7,65
14,48

Парагвай
2,81
8,31

Канада
1,54
4,25

РФ
1,19
1,75

Украина
1,11
2,26

В Европе основные площади среди зернобобовых занимает горох, 
а в Австралии — люпин (FAO, 2011).
До недавнего времени основной зернобобовой культурой 
в России был горох. По данным ФАО, посевные площади сои и гороха в России практически сравнялись — 1,19 и 1,11 млн га соответственно.
Посевные площади и производство сои в России увеличились за 
последние годы (табл. 3). Однако потребность в растительном белке 
еще в значительной степени удовлетворяется за счет импорта сои 
(более 1 млн т).

Таблица 3

Площади, урожайность и валовой сбор сои в 2012 и 2013 гг. (ФАО)

Страна
Годы

2012
2013
2013, %

Убранная площадь, тыс. га

Аргентина
17 577
19 419
17,5

Бразилия
24 975
27 865
25,0

РФ
1375
1203
1,1

США
30 798
30 703
27,6

Всего в мире
104 918
111 273
100

Урожайность, ц/га

Аргентина
22,8
25,4

Бразилия
26,4
29,3

РФ
13,1
13,6

США
26,6
29,1

В среднем в мире
23
24,8

Производство, тыс. т

Аргентина
40 100
49 306
17,8

Бразилия
65 849
81 700
29,6

РФ
1806
1636
0,6

США
82 055
89 483
32,4

Всего в мире
241 142
276 396
100

По универсальности использования соя (Glycine max (L.) Merr.) 
не имеет равных в полевой культуре. Благодаря исследованиям профессора Г.С. Посыпанова и его учеников была обоснована возможность интродукции сои в Центральном регионе России. Созданы 

скороспелые сорта сои северного экотипа, надежно вызревающие 
и дающие стабильные урожаи в условиях Московской области, что 
дает возможность активного использования этой культуры наравне 
с традиционно выращиваемыми в этом регионе зерновыми бобовыми 
(Посыпанов Г.С., Гуреева М.П., Кобозева Т.П., 1998; Кобозева Т.П., 
1996; Посыпанов Г.С., Кобозева Т.П, 2005, 2006; Гуреева Е.В., Гуре- 
ева М.П., Фомина Т.А., 2008; Гуреева Е.В., 2008; Посыпанов, 2007). 
Созданные новые сорта могут устойчиво вызревать на 56-й параллели, 
где ранее соя не могла возделываться. Благодаря созданию принципиально новых сортов сои северного экотипа, вызревающих при 
сумме активных температур 1750…1900 0С и содержащих белка в семенах до 48%, жира до 16%, появились возможности ее интродуцирования в Центральное Нечерноземье (Посыпанов Г.С., Гуреева М.П., 
Кобозева Т.П., 1993; Посыпанов Г.С., Кобозева Т.П., 2005, 2006;  
Гуреева Е.В., 2008).
Для устойчивого производства полноценного растительного 
белка, положительного баланса в почве азота, а также уменьшения 
напряженности уборочных работ важно расширять набор зернобобовых культур путем введения в производство культур с разными 
биологическими особенностями, таких, как кормовые бобы, люпин 
и соя, которые наряду с горохом могут возделываться в условиях 
Нечерноземной зоны, как отмечают многие ученые (Дебелый Г.А., 
2009; Жученко А.А., 2000; Посыпанов Г.С., 2005; Такунов И.П., 
2005).
Кормовые бобы (Vicia faba L.), называемые также огородными, 
полевыми или конскими бобами издавна считали исконно русской 
культурой. Их выращивали на кормовые и пищевые цели (Синицын Е.М., 1989). Большое внимание кормовым бобам уделялось 
в 60-е годы, впоследствии площади под этой культурой значительно 
сократились. В настоящее время посевные площади под кормовыми 
бобами в РФ составляют около 11 тыс. га (ФАО, 2010). В странах Западной Европы кормовые бобы — одна из наиболее урожайных зернобобовых культур. В последние годы интерес к этой культуре повышается не только в России, но также и в других странах, в частности, 
в Китае, Индии, Австралии (Козлова Л.С., 1995). Кормовые бобы 
при урожайности 3 т/га дают столько белка, сколько можно получить 
с 9 — 10 т/га ячменя. По мнению многих исследователей, кормовые 
бобы — перспективная культура, особенно в зонах умеренного климата, о чем свидетельствуют успешные опыты их возделывания в Австралии и странах Западной Европы — Германии, Голландии, Дании, 
Англии (Jia Y., Gray V.M., 2004; Turpin J.E., Robert- 
son M.Y., Hillcoat N.S., Herridge D.F., 2002; Adisarwanto T., 1997). Благодаря успехам селекции и выведению новых высокоурожайных 

сортов с детерминантным типом роста, кормовые бобы становятся 
одной из важных и перспективных культур в Российской Федерации.
Из возделываемых в нашей стране видов люпина, узколистный 
люпин (Lupinus angustifolius L.) имеет достаточно широкое распространение как сидеральная и зернофуражная культура благодаря 
быстрому начальному темпу роста, а также возможностью давать стабильные урожаи на бедных почвах северных регионов (Алексеев Е.К., 
1962; Такунов И.П., 1996). Люпин узколистный является наиболее 
скороспелым среди остальных видов, а с выведением устойчивых 
к растрескиванию и неосыпаемости новых сортов с ограниченным 
типом роста, созданы все предпосылки более широкого возделывания 
данной культуры (Агеева П.А., Почутина Н.А., 2005; Купцов Н.С., 
Миронова Т.П., 2005; Такунов И.П., 2005). Среди возделываемых 
видов люпина, узколистный люпин имеет наиболее короткий период 
вегетации. Он менее требователен к теплу и условиям произрастания, что позволяет продвигать эту культуру в более северные регионы. Благодаря глубоко проникающей корневой системе и способности усваивать труднодоступные для других растений фосфаты 
почвы, люпин сам способен обеспечивать свою потребность в питании без применения не только азотных, но и фосфорных удобрений (Такунов И.П., 1996).
Люпин белый (Lupinus albus L.) был введен в культуру раньше 
других видов. Он содержит в своих семенах 37–40% высококачественного белка, 12–14% жира и во многих странах помимо корма 
для животных, используется в питании человека (Майсурян Н.А., 
Атабекова А.И., 1974). Белый люпин — теплолюбивое растение 
с продолжительным периодом вегетации (в среднем 125–140 дней). 
За последние годы созданы скороспелые детерминантные сорта 
(Гамма, Дельта, Деснянский, Дега и др.), способные устойчиво созревать в Центрально-Черноземной зоне и даже в южных районах 
некоторых областей Нечерноземья (Гатаулина Г.Г., Медведева Н.В., 
2008; Gataulina G., Lucashevich M., Medvedeva N., 2008; Гатаулина Г.Г.; 
Лукашевич М.И.; Медведева Н.В., 2005; Наумкин В.Н.; Наумкина 
Л.А.; Сергеева В.А., 2010).
Потребность страны в растительном белке, ее продовольственная 
безопасность, условия рыночной экономики определяют необходимость расширения производства зернобобовых культур в России.