YURIEV PLANT PRODUCTION INSTITUTE
of the National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine

Department of Plant Production and Variety Investigations

History of the unit:

    The need to found a department was caused urgent challenges in agriculture and crop production. Their solving was started in the experimental fields of Kharkiv Regional Research Station in 1913. The further activities of this department were related to specifically to crop production problems of agrarian science, namely with the development, improvement and introduction of some agrarian approaches and novel technologies of agricultural crop cultivation. The more than 110-year scientific activities of the Department can be divided into four stages. Stage 1 in 1912–1933 included studies of basic tillage, impact of seeding rates and of methods and timing of mineral and organic fertilization on yields of field crops and plant product quality. Stage 2 (1936–1958) were studies of general issues of agriculture (crop rotation, fertilization, basic tillage, etc.), improvement of farming techniques for growing the most common field crops (timing and methods of sowing, seeding rates, basic and supplementary fertilization, plant protection, harvesting methods, etc.). Stage 3 included the development of conceptual and methodological approaches to planning and laying out of multifactor agroecological experiments and calculating the obtained data; formulation of the theoretical principles of optimization and intensification of farming techniques for growing cereals, grain legumes, groats and oil crops. Stage 4 (1993-2020) major studies were focused on agroecological assessments and development of agronomic passports of varieties and hybrids, improvement and implementation of energy-saving technologies for growing new varieties of winter and spring cereals, pea, soybean, millet and sunflower. Considerable attention was paid to the adaptability and stability of new varieties and hybrids, depending on the climatic conditions of a region, as well as to their resistance to pests.

Employees of the unit:
Areas of work:

   In different periods, the team set different objectives and chose specific objects of research, but the primary purpose remained the same - to improve agronomic techniques and their combinations for the cultivation of agricultural crops to augment plant production.

  In recent years, due to rising energy costs, pollution of plant products and the environment, comprehensive studies to find new approaches to preserving soil fertility, less expensive, more environmentally friendly farming techniques that would optimize reliable plant protection against pests, diseases and weeds are becoming of particular importance. Therefore, the primary purpose of the Department's research remains the agro-ecological justification of cultivation technologies of field crops in the Left-Bank Forest-Steppe of Ukraine and the development of resource-saving and ecologically safe technologies on this basis. Challenges of increasing yields and grain (seeds) quality of cereals, grain legumes and oil crops, preserving soil fertility, improving conditions of plant nutrition, growth and development and stabilizing their performance via biologization, as well as enhancing the fulfillment of the yield potentials of new varieties/hybrids and improving plant product quality in the eastern forest-steppe of Ukraine are being solved.

          

Basic scientific developments:

   Over the last 20 years, agroecological principles of the yield capacity determination in winter and spring cereals, pea, corn, sunflower and millet when they are grown by adaptive and resource-saving techniques have been rationalized. These principles ensure consistently high grain yields and quality. Patterns in the plant growth and development, agrophytocenosis structure, yield capacity and grain quality of spiked cereals in ontogenesis, depending on the biological features of a variety, elements of cultivation technologies and weather factors, resistance to stressors have been established.

It was revealed that in the eastern forest-steppe of Ukraine unstable or insufficient moistening of soil and sharp temperature fluctuations in the main phases of plant vegetation limited agricultural crop yields. In this case, the selection of varieties and hybrids with appropriate agroecological plasticity is the most effective agromeasure to reduce the impact of weather anomalies on the plant performance. It is agroecological plasticity to regional conditions of cultivation that determines the efficiency of natural soil fertility, nutrition, forecrops, mineral and organic fertilization, and application of pesticides.

Winter bread wheat varieties were evaluated for stability, plasticity and economic value in terms of grain yield and quality. Biologization elements of adapted technologies of winter wheat cultivation using biological growth regulators and green manured fallow were rationalized and developed. Agrophytocenoses of winter and spring wheat varieties were differentiated by resistance to phytopathogens, pests, insufficient and unstable precipitation in relation to soil fertility, winter bread wheat yields and biologization elements of this crop cultivation technology. For the studied crops, optimal mathematical models of adaptation of parameters of several elements of cultivation technologies (tillage, fertilizers, seeding rates, sowing time, etc.) of modern winter bread wheat, spring bread wheat, winter durum wheat soft and spring durum wheat, spring barley, pea, millet as well as of corn and sunflower hybrids, depending on forecrops and weather conditions, were developed. The optimal degree of energy saturation of technologies for growing new generation varieties was established. A possibility of shifting the winter wheat sowing timeframe towards later dates was experimentally confirmed, which is of significant practical importance in the production conditions. It was found that because of significant warming in the eastern forest-steppe, a comprehensive approach to the choice of winter wheat sowing time should be applied, with due account for the forecrop, water content in soil, fertilization type and biological features of varieties. The optimal sowing period for modern varieties should be from 10 to 30 September, and it is allowable to extend it until October 5. Here, optimization of fertilization on sufficient precipitation makes it possible to shift the sowing timeframe to later dates without significantly reduction in the performance of varieties.

Our results demonstrated the specificity of responses of winter wheat varieties to combinations of farming techniques (forecrops, methods of basic tillage) over the years of research. The greatest differentiation of varieties by response occurred in years with favorable dynamics of bioclimatic factors during the growing period, and in years with an unfavorable hydrothermal mode varieties did not fulfill their biological potential. The level and dynamics of environmental stability, plasticity and adaptability of winter bread wheat varieties, depending on the growing conditions and different fertilization algorithms were evaluated.

Based on the results of multi-year research, three models of winter wheat cultivation technology have been developed for producers, with due account for their levels of material and energy resources: adaptive, resource-saving and intensive. The adaptive technology involves the use of universal varieties, chisel basic tillage in crop rotation, pre-sowing application of mineral fertilizers (P20), root (N30) and foliar (N30) fertilizations, microfertilizers and growth bioregulators in combination with comprehensive protection of fields. This technology allows producers to obtain yields of about 4.0 t/ha with 4 class grain, and its profitability is 117% after grain pea and 133% after black fallow. The resource-saving technology includes the use of plastic varieties, chisel tillage in crop rotation with pre-sowing (P20), root (N30) and foliar (N30) fertilizations, microfertilizers and growth bioregulators in combination with comprehensive protection of fields. This technology enables obtaining 3 class grain yields of 5.0 t/ha and 4.5 t/ha after black fallow and grain pea, respectively. Its profitability is 38% and 165%, respectively. The intensive resource-saving technology involves the cultivation of intensive varieties, chisel tillage in crop rotation with basic (N30P30K30), pre-sowing (P20), root (N30) and foliar (N30) fertilizations in combination with microfertilizers, growth bioregulators and comprehensive protection of fields. This technology ensures 2 class grain yields of 6.0 t/ha and 5.5 t ha after black fallow and pea, respectively, with the profitability of 48% and 134%, respectively.

Under the same growing conditions, the yields from winter triticale and rye are higher than those from wheat (on average by 6–9%), because triticale has a greater grain weight per spike (on average by 20%), and rye has a higher density of productive stems (by 12%) than those in wheat. In addition, the triticale cultivation was 14–17% more profitable in comparison with rye and wheat, and the greatest payback from mineral fertilizer was recorded for rye, while it was lower for triticale, and the smallest payback was noted for wheat. A significant gain in grain yields (on average by 51%) of winter cereals sown extremely late was achieved when the mineral fertilization was intensified (basic [N30P30K30] + pre-sowing [N15P15K15] + root [N30] fertilizations). At the same time, the highest gains were recorded after sunflower and soybean (on average 64% and 57%, respectively), and the lowest ones - after seeded fallow (29%). It was found that the increase in winter wheat yields (up to 15%) was proportional to the fertilizer dose, however, it was economically feasible to use only nitrogen fertilizers without basic fertilization, where the highest efficiency was achieved after sunflower with yields averaging 19% and profit averaging 17%, and after bean and corn pre-sowing fertilization was economically unsound.

The responses of winter cereals sown extremely late to predecessors were assessed in terms of protein content in grain. The predecessors ensuring a consistently high protein content were seeded fallow (11.1–13.0%) and corn (10.8–12.7%), while soybean and sunflowers were the least favorable. It was proven in practice that sunflower could be used as a satisfactory, equal to soybean forecrop for winter cereals. Here, fallen sunflower seeds limited the yields of varieties, but in favorable years, sunflower guaranteed fairly high grain yields from winter cereals (on average 3.65-4.08 t/ha).

We developed and improved elements of cultivation technologies for winter cereals in favorable and unfavorable environmental conditions, compared wheat, rye and triticale on by performance parameters, established patterns of their growth and development, gave economic and practical justification of different models of cultivation technologies for farms with various resource provision.

In years when winter cereals are sown late out of necessity, preference should be given to triticale and rye; of predecessors, it is expedient to use sunflower, if fallen seeds are timely eliminated; pre-sowing treatment of seeds should be carried out with a tank mixture of fungicide and growth regulator, adhering to the lowest recommended dose for the pesticide and the highest - for the growth regulator; increase in the seeding rate to 5.0-6.0 million/ha is recommended; complex basic fertilization (N30P30K30) and autumn root fertilization with nitrogen fertilizers, preferring ammonium nitrate ones at low doses (N15) and amide ones at increased doses (N30), should be mandatory; foliar spraying with plant growth and development regulators containing amino acid derivatives and with fertilizers containing micronutrients.

Under climate changes, a high efficiency of rational application of mineral fertilizers in modern technologies of cultivation of winter wheat was demonstrated. Assessments of the grain productivity and quality of varieties of different ecotypes, depending on the predecessor, fertilization and methods and doses of nitrogen root (ammonium nitrate, urea) and foliar (urea) fertilizations indicate that it is possible to manage the crop development by moderate nitrogen fertilization of plants in autumn and optimal fertilization during the tillering period, regulating the performance elements and grain quality indicators. The grain payback from fertilizers in the studied varieties largely depended on basic fertilization and doses of nitrogen supplementary fertilizers. Thus, after black fallow without basic fertilization, the root application of nitrogen in doses of N20, N40, N60 ensured the average grain payback of 41.2 kg, 27.1 kg and 19.9 kg, respectively, and with basic fertilization (N30P30K30), it ranged 15.6 to 15.9 kg. The highest grain quality of the studied varieties was achieved with basic fertilization (N30P30K30), root supplementary fertilization in spring during the tillering phase (N40-60) and foliar (leaf) spraying in the earing phase (N7).

Based on the results, a model of resource-saving technology for growing winter bread wheat was developed. The model uses universal or intensive varieties, basic fertilizes at a dose of N30P30K30, comprehensive protection of fields against pests, diseases and weeds, root nitrogen supplementary fertilization during the tillering phase (IV) with ammonium nitrate or urea (N40) and foliar spraying during the earing phase with urea (N7). This algorithm ensures 2 or 3 class grain yields of 7.74–8.14 t/ha after black fallow and 6.41–7.49 t/ha grain pea, with the grain production profitability of 244-286%.

Most of the studies within the Department’s research programs are carried out in a stationary 9-field (fallow-grain-intertilled crop) crop rotation, which was founded in 1972. It was shown that adherence to crop rotation boosted the grain production and helped preserve soil fertility due to its natural restoration. It was demonstrated that organic and mineral fertilization has a stabilizing effect on the performance of all crops. This was especially noticeable under specific weather conditions, which were characterized by extended dry periods and elevated temperatures. The highest average yield of varieties (hybrids) was achieved with intensive organic-mineral fertilization. Provided that organic and mineral fertilizers are regularly applied, the content of nitrogen available to plants decreased, whilst the phosphorus and potassium contents increased. At the same time, subsurface tillage increased both the nutrient contents and humus reserves in the soil compared to plowing. Determination of relationships between factors affecting the soil fertility and crop yields in the rotation makes it possible to effectively manage the production processes during their cultivation.

The results of 2016-2020 studies constituted grounds for a model of optimal parameters of interactions between agrotechnological factors in agrophytocenoses of field crop rotations. Elements of top-to-bottom technologies of crop cultivation in the eastern forest-steppe of Ukraine were optimized, guaranteeing a reduction in the pesticide load by 11-12%, increase in the payback from fertilizers by 7–12%, and rise in the profitability by 10–15%.

Proposals for scientific support / cooperation

Scientific support of modern technologies for growing cereals, grain legumes, groats and oil crops on farms of different forms of ownership in the Left Bank Forest-Steppe of Ukraine.

           

 

Major scientific publications:

  The study results were published: in monographs: The results of research for this period were included in the following monographs: «Сортова агротехніка зернових культур» (1983, 1989 рр.), «Зернові культури» (1985 р.), «Ячмінь» (1986 р.) та «Озимі зернові культури» (1993 р.),«Науково обґрунтування систем землеробства Харківської області» (1963 р.), «Рабочая тетрадь агронома по интенсивным технологиям возделывания озимых и яровых культур» (1986 р.), «Система ведення сільського господарства Харківської області» (2000 р.); «Науково обґрунтована система супроводу виконання «Комплексної програми розвитку сільського господарства Харківської області» (2000 р.); «Концепція системи землеробства Харківської області на 2001–2005 рр.» (2000 р.); «Концепція розвитку орендного підприємства «Шахта ім. А. Ф. Засядько» (2000 р.); «Програма з охорони родючості земель та підвищення продуктивності землеробства Харківського району Харківської області на 2001–2010 роки» (2001 р.); «Наукові основи агропромислового виробництва в зоні Лісостепу України (2004 р.); «Наукові основи агропромислового виробництва в зоні Степу України» (2004 р.); «Технологічні карти та витрати на вирощування сільськогосподарських культур (2005 р.); «Технологічні карти і витрати на вирощування зернових культур в умовах східного регіону України» (2005 р.); «Перспективи застосування сидеральних парів в Лісостепу України» (2007 р.); «Агротехнологія польових культур» (2009 р.); довідник «Супутник агронома» (2010 р.), «Технологія вирощування гороху» (2011 р.), «Технологія вирощування ячменю ярого в умовах східної частини Лісостепу України» (2011 р.), «Агротехнологія вирощування кукурудзи в умовах східної частини України» (2012 р.); «Основи управління продуктивним процесом польових культур» (2016 р.), «Соя в севообороте» (2017 р.), «Методичні рекомендації по особливостях формування і реалізації продуктивного потенціалу сортів сої при використанні елементів біологізації» (2020 р.), «Методичні рекомендації по особливостях формування і реалізації продуктивного потенціалу гібридів соняшнику при використанні елементів біологізації» (2020 р.) та ін. Результати тривалого періоду досліджень із застосовуванням методик закладки польових дослідів у стаціонарній сівозміні ввійшли до навчального посібника у 2 книгах «Дослідна справа в агрономії» (2016 р.).

The results of studying protection of field plants against pests, diseases and weeds were published in: «Оптимізація інтегрованого захисту польових культур» (2006 р.), «Наукові основи фітосанітарної безпеки польових культур» (2010 р.), «Комплексна система захисту посівів сої від бур’янів» (2011 р.), «Гербологічний моніторинг полів сільськогосподарських підприємств» (2012 р.), «Диференційована система контролювання бур’янів у посівах кукурудзи» (2013 р.), «Небезпечні карантинні бур’яни в умовах східної частини Лісостепу України» (2014 р.), «Прогнозування втрат урожаїв сільськогосподарських культур від бур’янів» (2015 р.), «Рекомендації з оптимізованої системи контролювання бур’янів у посівах польових культур» (2015 р.), «Система захисту зернових колосових культур від хвороб та шкідників в умовах східної частини Лісостепу України» (2016 р.), «Оптимізовані елементи захисту посівів від бур’янів у технологіях вирощування польових культур» (2017 р.), «Система захисту зернових і зернобобових культур від шкідливих організмів» (2018 р.), «Система захисту посівів гороху, нуту та сої від бур’янів» (2019 р.), «Основи фітосанітарної безпеки в агроценозах польових культур» (2020 р.), «Способи захисту польових культур від шкідливих організмів» (2020 р.) та ін.

State patents for utility model:

  • Пат. на корисну модель u200801874 Україна, МПК (2006) А01С 1/00 Спосіб десикації насінницьких посівів сої / В.В.Кириченко, П. В. Чернишенко, Р. Д. Магомедов, В. О. Шелякін ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 33482 ; заявл. 13.02.2008 ; опубл. 25.06.2008, Бюл. № 12.
  • Пат. на корисну модель u201100189 Україна, МПК (2011.01) А01С 1/00 А01С 21/00 А01N 25/00 Спосіб підвищення врожайності жита озимого після попередника люцерни / С.В.Авраменко, М. Г. Цехмейструк, В. В. Кириченко, В. П. Петренкова ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 61250 ; заявл. 04.01.2011 ; опубл. 11.07.2011, Бюл. № 13.
  • Пат. на корисну модель u201300132 Україна, МПК (2013.01) А01С 21/00 А01С 7/00 А01В 79/00 Спосіб вирощування пшениці ярої в умовах Східного Лісостепу України / В. М. Костромітін, І. М. Музафаров, Н. М. Музафаров, К.М.Манько, Н. Г. Жижка, В. І. Колісник ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 81286 ; заявл. 03.01.2013 ; опубл. 25.06.2013, Бюл. № 12.
  • Пат. на корисну модель u201300132 Україна, МПК (2013.01) А01С 21/00 А01С 7/00 А01В 79/00 Спосіб вирощування гороху безлисточкового морфотипу / В. М. Костромітін, Ю. Є. Огурцов, Н. М. Музафаров, К.М.Манько, О. М. Глубокий, В. І. Колісник, М. Г. Цехмейструк ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 81287 ; заявл. 03.01.2013 ; опубл. 25.06.2013, Бюл. № 12.
  • Пат. на корисну модель u201008109 Україна, МПК (2011.01) А01С 21/00 Спосіб підвищення врожайності пшениці м’якої озимої в умовах Східного Лісостепу України / В. М. Костромітін, М. Г. Цехмейструк, І. Б. Стрельцова, О. М. Глубокий, В. Г. Матвієць ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – №57592 ; заявл. 29.06.2010 ; опубл. 10.03.2011, Бюл. № 5.
  • Пат. на корисну модель u201009879 Україна, МПК (2011.01) А01С 21/00 А01N 25/00 А01Н 5/10 (2011.01) Спосіб підвищення врожайності сучасних сортів жита озимого при вирощуванні після нетрадиційних попередників / К.М.Манько, Н. М. Музафаров, В. М. Костромітін ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 57722 ; заявл. 09.08.2010 ; опубл. 10.03.2011, Бюл. № 5.
  • Пат. на корисну модель u201102575 Україна, МПК (2011.01) А01С 1/00 А01М 1/00 Спосіб боротьби з імаго клопа шкідливої черепашки на посівах ярих зернових колосових культур / Ю.Г.Красиловець, Н. В. Кузьменко, А. Є. Литвинов ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 62754 ; заявл. 04.03.2011 ; опубл. 12.09.2011, Бюл. № 17.
  • Пат. на корисну модель u201109400 Україна, МПК (2012.01) А01N 25/00 Спосіб захисту посівів сої від бур’янів у досходовий період / Р.А.Гутянський, В. С. Зуза, В. Г. Матвієць ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 67885 ; заявл. 27.07.2011 ; опубл. 12.03.2012, Бюл. № 5.
  • Пат. на корисну модель u201109401 Україна, МПК (2012.01) А01N 25/00 А01G 1/00 Спосіб захисту посівів сої від бур’янів у післясходовий період / Р.А.Гутянський, В. С. Зуза, В. Г. Матвієць ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 67886 ; заявл. 27.07.2011 ; опубл. 12.03.2012, Бюл. № 5.
  • Пат. на корисну модель u201109702 Україна, МПК (2012.01) А01N 25/00 Спосіб захисту посівів сої від злакових і дводольних бур’янів / Р.А.Гутянський, В. С. Зуза, В. Г. Матвієць ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 67929 ; заявл. 03.08.2011 ; опубл. 12.03.2012, Бюл. № 5.
  • Пат. на корисну модель u201109795 Україна, МПК (2012.01) А01С 21/00 Спосіб підвищення врожайності сучасних гібридів кукурудзи / Н. М. Музафаров, К.М.Манько, Л. М. Чернобай, І. П. Барсуков ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 68349 ; заявл. 08.08.2011 ; опубл. 26.03.2012, Бюл. № 6.
  • Пат. на корисну модель u201210176 Україна, МПК (2013.01) А01С 1/00 А01С 21/00 А01N 25/00 Спосіб підвищення врожайності тритикале озимого після люцерни / С. І. Попов, С.В.Авраменко ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 77430 ; заявл. 27.08.2012 ; опубл. 11.02.2013, Бюл. № 3.
  • Пат. на корисну модель u201210177 Україна, МПК (2013.01) А01С 1/00 А01С 21/00 А01N 25/00 Спосіб підвищення врожайності жита озимого / С. І. Попов, С.В.Авраменко ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 77431 ; заявл. 27.08.2012 ; опубл. 11.02.2013, Бюл. № 3.
  • Пат. на корисну модель u201210175 Україна, МПК (2013.01) А01С 1/00 А01С 21/00 А01N 25/00 Спосіб підвищення врожайності пшениці озимої після багаторічних трав / С. І. Попов, С.В.Авраменко ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 79380 ; заявл. 27.08.2012 ; опубл. 25.04.2013, Бюл. № 8.
  • Пат. на корисну модель № 42191 Спосіб підвищення врожайності зернових культур різних строків сівби по кукурудзі на силос / С. І. Попов, С.В.Авраменко ; Ін-т рослинництва ім. В. Я. Юр’єва УААН ; заявл. 02.02.09 ; опубл. 25.06.09. – Бюл. № 12.
  • Пат. на корисну модель № 49187 Спосіб підвищення урожайності озимих зернових культур по непарових попередниках / С. І. Попов, С.В.Авраменко ; Ін-т рослинництва ім. В. Я. Юр’єва УААН ; заявл. 25.09.09 ; опубл. 26.04.10. – Бюл. № 8.
  • Пат. на корисну модель u201210364 Україна, МПК (2013.01) А01С 21/00 Спосіб підвищення врожайності інтенсивних сортів ячменю ярого / К.М.Манько, Н. М. Музафаров ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 79388 ; заявл. 03.09.2012 ; опубл. 25.04.2013, Бюл. № 8.
  • Пат. на корисну модель u201210174 Україна, МПК (2013.01) А01С 14/00 Спосіб підвищення врожайності проса / А.В.Бєлєніхіна, В. М. Костромітін ; заявник і патентовласник Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України. – № 79880 ; заявл. 27.08.2012 ; опубл. 13.05.2013, Бюл. № 9.
  • Пат. на корисну модель №56632. Спосіб боротьби з бур’янами в посівах кукурудзи в післясходовий період / В. С. Зуза, Р. А. Гутянський, В. Г. Матвієць; заявник і володар Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААНУ (UA) – №u201006995; заявл. 07.06.2010; опубл. 25.01.2011, бюл. № 2.
  • Пат. на корисну модель. Спосіб захисту посівів сої від бур’янів у ранній післясходовий період / Р. А. Гутянський, В. С. Зуза; № 87236 Україна; заявник і володар ІР ім. В. Я. Юр’єва НААНУ (UA) –№ u 2013 11075; заявл. 17.09.2013; опубл. 27.01.2014; Бюл. № 2.

           

Contacts of the department:

Контакти відділу:

Телефон  +38-050-858-95-97;

e-mail  _sergivpopov@gmail.com