МІКРОДОБРИВО

Факторы зимостойкости озимых культур

Гибель посевов озимой пшеницы в странах быв шего СНГ наблюдается довольно часто и на больших площадях. Например, в 1956-м посевы озимых зерновых погибли на площади 9,3 млн га, 1960-го – более 8 млн га. В Украине за период с 1944 по 1966 гг. посевы озимой пшеницы погибали в среднем на 20% площадей сельскохозяйственных угодий.


 

Вероятность гибели озимой пшеницы на трети площади, особенно в восточных областях Украины, наблюдается два-три раза за 10 лет, озимых ржи и тритикале как более морозостойких культур – один-три раза. Еще больше страдает от неблагоприятных условий зимовки ячмень озимый, большинство сортов которого на востоке страны высевать вообще не рекомендуется.
Гибель озимых посевов приводит к недобору миллионов тонн зерна, дополнительных больших затрат средств на замену потерянного посевного материала, повторную обработку полей, расход топлива и протравителей, пересев погибших посевов яровыми культурами и тому подобное. Кроме того, при таких условиях нарушаются планы проведения посевной кампании, что приводит к опозданию посева яровых культур и снижению их урожайности; в хлебном балансе уменьшается количество зерна высокого качества, потому пересевают озимые культуры в основном зернофуражными.
Проблема зимо- и морозостойкости озимых зерновых культур является одной из важнейших в экономике сельского хозяйства, и ее успешное решение, безусловно, будет способствовать увеличению зернового баланса в стране.
Итак, перезимовка озимых хлебов является одной из важнейших агрономических проблем в производстве зерна, которую нужно всегда учитывать и находить способы минимизации ее последствий. Важную роль в изучении причин гибели озимых культур и разработке мероприятий их сохранения в период зимовки играют агрономическая наука и прогрессивная производственная практика.

Понятие зимостойкости растений

Прежде чем говорить о факторах зимостойкости, стоит определиться с терминологией, поскольку подавляющее большинство людей не различают термины «морозостойкость» и «зимостойкость», а каждый из них имеет свои нюансы.
Итак, морозостойкость – это устойчивость растений к действию низких отрицательных температур, а зимостойкость – устойчивость зимующих растений против комплекса неблагоприятных условий зимовки в осенний, зимний и ранневесенний периоды их жизни. Морозо- и зимостойкость – сложные физиологические состояния озимых, которые постоянно меняются в зависимости от возраста растений и условий их выращивания, которые формируются осенью, во время закалки посевов.
Изучение вопросов вымерзания растений и приемов повышения их зимостойкости началось еще в XVIII в. Одним из первых ученых, кто пытался объяснить причину гибели растений вследствие вымерзания, были Button и Du-Hummel (1737), которые утверждали, что растения погибают от образования льда в сосудах, который после оттаивания становился причиной разрыва и отмирания растительных тканей.
Из современных работ отечественных и зарубежных ученых известно, что под влиянием морозов в результате обезвоживания за замерзания воды в растениях нарушается структура протоплазмы, повышается концентрация клеточного сока, меняются расстояние между макромолекулами и состояние митохондриального аппарата, происходит расстройство процессов энергообмена и аэробного дыхания, которое сменяется анаэробним, накапливаются токсические продукты обмена веществ, под действием которых протоплазма отмирает.

На современном этапе установлено, что вымерзания является результатом воздействия целого комплекса неблагоприятных факторов на растительную клетку, вредными из которых является механическое давление льда и обезвоживания.
Сейчас уже достаточно четко установлены закономерности морозостойкости растений. Прежде всего стало ясно, что морозостойкость – это явление, которое не всегда присуще даже достаточно устойчивым растениям. Чтобы выдержать все неблагоприятные условия зимой, растение должно перейти из активного вегетирующей в качественно другое, пассивное состояние, получившее название «закаленный».

Какие меры необходимы для повышения зимостойкости озимых зерновых культур

Подготовка к зиме – комплекс многих сложных биохимических процессов, объединенных одним общим термином «закалки растений». Было установлено, что закалка растений озимых зерновых культур происходит в две фазы:
I фаза – при температуре днем ​​около 8 … 10 ° С, а ночью – от нуля до 4 ° С;
II фаза – при средней температуре от нуля до -5 ° С.
В первой фазе благодаря активной вегетации и процессам фотосинтеза, для которых особенно благоприятной является солнечная погода, в узлах кущения накапливаются сахара (углеводы), которые при ночной температуре от нуля до 4 °С практически не расходуются как на рост растений, так и на процессы их дыхания. Вследствие ежедневного увеличения содержания сахаров, который под конец закалки достигает в узлах кущения до 30% и более от общего содержания сухого вещества, растения способны выдерживать понижение температуры на глубине залегания узла кущения до -10 … 12 ° С.
Во второй фазе закаливания происходит обезвоживание клеток, в которых повышается концентрация растворимых сахаров, уменьшается содержание так называемой свободной воды, которая легко замерзает, и повышается содержание связанной воды, которая замерзает лишь при критически низких температурах. Растения становятся еще более устойчивыми против низких температур: хорошо закаленная пшеница выдерживает понижение температуры у узла кущения до -18 … 20 ° С, рожь озимая – до -23 … 24 ° С, тритикале – до -19 … 21 ° С, ячмень озимый – до -14 … 15 ° С.
Также следует различать понятия «вымерзание» и «замерзание». Озимые всегда замерзают, потому что зимой температуры в районах их выращивания преимущественно минусовые, но от этого не погибает, то есть не вымерзает.
Продолжительность прохождения первой и второй фаз закалки составляет в среднем 20-25 суток. Однако даже хорошо закаленные растения (при своевременном посеве отборных семян в хорошо подготовленную почву, внесение необходимых удобрений) не обеспечивают полной гарантии от вымерзания в случае перехода температуры через критический порог.

Самыми стойкими к условиям перезимовки являются растения, которые до конца осенней вегетации сформировали три-четыре и даже до пяти побегов кущения

Установлено, что степень закалки также зависит от освещения растений, его интенсивности и качества в период осенней вегетации. Так, солнечная погода способствует лучшему закалке, чем облачная. Пшеница озимая может приобретать высокую морозостойкость как круглосуточно, так и в условиях короткого дня, но при разной длительности действия температур закаливания (около 0 ° С).    В первом случае требуется недельный, во втором – трехнедельный срок.

Вторая фаза закаливания в озимых происходит при незначительных отрицательных температурах – от -3 до -5 ° С. Но это повышение морозостойкости происходит только тогда, когда растения предварительно прошли закалку при температуре несколько выше 0 °С. Вторая фаза закаливания является обратным процессом: в случае оттепели устойчивость к вымерзанию, приобретенная при закалке, ослабляется, а при следующем понижении температуры – повышается. Словом, в полевых условиях вторая фаза закаливания может проходить длительный период.

Для успешного закаливания растений как в полевых, так и искусственных условиях необходимо постепенное снижение температуры. Это связано с тем, что основные защитные процессы, развивающиеся в растении под влиянием отрицательных температур, интенсивно протекают при незначительных морозах – около -3 … -6 ° С, с последующим постепенным их усилением.
Исследованиями установлено, что в условиях Украины течение первой фазы закаливания приходится на вторую половину октября или на первую половину ноября. Продолжительность первой фазы закалки составляет около 20 суток. Снижение среднесуточной температуры воздуха до 5 … 6 °С осенью принято считать началом периода прохождения первой фазы закаливания растений, а переход температуры воздуха через 0 °С – по истечении этого периода. Морозостойкость озимой пшеницы в заключение первой фазы закаливания достигает -14 ° С.
В фазе проростков или всходов растения озимых зерновых культур при температуре около 5 °С проходят так называемую стадию яровизации. Однако есть сведения, что яровизация возможна и при более широком диапазоне температур – от -6 … -8 до 16 … 18 °С. Для прохождения этой стадии растениям нужен период от трех до семи суток.

Растения, которые не прошли стадию яровизации, в дальнейшем не колосятся. Собственно, в этом и есть ответ на вопрос многих фермеров о том, могут ли переросшие посевы озимых зерновых создать колос осенью. Дело в том, что осенью в фазу колошения при определенных погодных условиях могут перейти только типичные яровые культуры или сорта-двухлетки, которые вовсе не нуждаются или нуждаются в «упрощенном» периоде яровизации.
С началом образования колосовых бугорков резко снижается морозостойкость пшеницы. Поэтому в годы, когда в осенний период условия способствуют полному завершению яровизации, пшеница озимая к весне теряет морозостойкость, из-за чего даже при снижении температуры наблюдается повреждение и гибель растений. Поэтому у переросших с осени озимых зерновых культур может существенно снижаться степень закалки растений, а следовательно – и зимо-, и морозостойкость, но угрозы образованию колоса осенью не возникнет.
От степени прохождения растениями стадии яровизации в значительной степени зависит зимостойкость озимых зерновых культур. Исследованиями установлено, что важен не сам факт окончания яровизации осенью, а ход этого процесса в условиях без активных температур и связанных с ними ростовых процессов после его завершения.
Таким образом, для формирования высокого уровня морозостойкости озимые зерновые культуры должны иметь достаточно длительный период яровизации, поскольку сорта с очень коротким яровизацийним периодом могут переходить в генеративный состояние в начале зимы и терять способность к закалке. Поэтому нужно изучать продолжительность периода яровизации как составляющую зимостойкости вновь и интродуцированных сортов пшеницы и других озимых зерновых культур.
От функционального состояния растений и интенсивности фотосинтеза зависят накопления органической массы, а затем и устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды, в конечном итоге влияет на урожайность и качество выращенной продукции. Поэтому все элементы технологии выращивания сельскохозяйственных культур – сорта, сроки сева, нормы высева, предшественники, обработка почвы, система удобрения, меры защиты растений и т.д. – направлены на создание оптимальных условий для протекания фотосинтеза в растениях, а значит, и являются факторами повышения зимостойкости.
Самыми стойкими к условиям перезимовки считаются растения, которые к концу осенней вегетации образовали три-четыре, даже до пяти побегов кущения. Конус нарастания главного побега перед вхождением растений в зиму должен быть длиной 0,25-0,35 мм и находиться на втором этапе органогенеза, поскольку дифференциация конуса роста в осенний период, его вытягивания и переход к III этапу органогенеза резко снижает морозо- и зимостойкость растений .

Одними из важнейших приемов, которые влияют на растение в осенний период, в частности на ее способность к закалке и формированию морозостойкости, являются выбор сорта и оптимизация срока сева. Это стало особенно важным в последние годы в связи с изменениями, которые происходят в климате, и распространением в производстве сортов (преимущественно зарубежных), которые резко реагируют на неблагоприятные условия выращивания.

Основыне показатели зимостойкости растений

Успешная зимовка сортов озимых культур зависит от их физиолого-биохимического состава и метаболических процессов. Кроме того, на зимостойкость того или иного сорта непосредственно влияет содержание в органах зимующих растений не только растворимых сахаров, но и других защитных соединений. Одним из физиолого-биохимических показателей зимостойкости озимых культур является состояние пластидного аппарата и пигментной системы растений в течение зимовки. В зимостойких сортов пластидный аппарат подвергается преобразованию.

Также одним из показателей устойчивости организма к воздействию низких температур является интенсивность дыхательного процесса растительных клеток. У разных сортов она может снижаться из-за действия морозов как во время поглощения кислорода, так и в процессе выделения углекислого газа.

Среди озимых зерновых культур наибольшую морозостойкость имеет рожь и тритикале, более низкую – пшеница, а наименьшую – ячмень. Кроме того, как упоминалось ранее, в пределах каждой культуры есть разница по зимостойкости между сортами. Она выражается в баллах и ее обязательно следует учитывать при планировании выращивания озимых в том или ином регионе.
Разница между сортами в динамике роста, формировании урожая, реакции на отдельные факторы технологии выращивания достаточно существенная. Поэтому при подборе оптимального сорта следует учитывать, какой из элементов комплекса его производительности в конкретных условиях хозяйства является решающим для достижения максимального потенциала. Особое внимание стоит обратить на один из главных факторов для условий Украины – зимостойкость сорта.
Для примера посмотрите в таблицу, где указывается зимостойкость распространенных сортов.
Исследованиями установлено, что в отличие от современных древние сорта пшеницы озимой имеют больший период яровизации и высшую зимостойкость растений. Так, в период исследований (2007-2010 гг.) период яровизации растений древних сортов составил от 90 до 105 дней. Зимостойкость была от 8,0 до 8,5 балла, тогда как продолжительность периода яровизации современных сортов – от 50 до 95 суток, а зимостойкость – от 1,5 до 7,5 балла.
Cелекционеры создали новые высокопродуктивные сорта пшеницы озимой, которые обеспечивают высокие урожаи качественного зерна. Но, к сожалению, в борьбе за производительность и качество часто остаются недоработанными такие важные вопросы, как морозо- и зимостойкость растений. Именно поэтому в стране зафиксированы факты, когда в отдельные годы вследствие неблагоприятных условий презимовки погибали до 70% растений в посевах озимых.

Формирование зимостойкости озимых зерновых культур

Считается, что на формирование продуктивности новых сортов озимых зерновых культур в значительной степени влияют сроки сева. Оценка пластичности сортов в зависимости от сроков посева проводится по средней за несколько лет урожайности. Она считается высокой, если сорт имеет самую высокую среднюю урожайность за все сроки посева, а на ранних и поздних – снижается от максимального уровня стандарта не более чем на 10-15%.
Следует учитывать, что при ранних сроках сева посевы перерастают и больше повреждаются личинками гессенской, шведской, пшеничной и других мух, тлей, цикадки, подгрызающих совкок, корневыми гнилями, бурой листовой ржавчиной, мучнистой росой, вирусными болезнями и сильнее зарастают сорняками.
Сроки сева имеют комплексное влияние, что в дальнейшем сказывается на процессах прохождения всех фаз органогенеза, их устойчивости к неблагоприятным условиям в зимний период, уровне поражения болезнями и вредителями как в начале, так и в последующие периоды вегетации озимых культур. Осенний период вегетации растений является решающим для формирования продуктивности посевов озимых зерновых. Поэтому последствия допущенных осенью ошибок в дальнейшем невозможно в полной мере исправить применением определенных агротехнических приемов.

Многочисленные исследования свидетельствуют, что только при посеве в оптимальные сроки и в условиях достаточного в этот момент обеспечения почвы влагой и соответствующего температурного режима воздуха можно получить своевременные и качественные всходы, добиться правильного роста и развития растений, закладки побегов кущения, нормального течения процессов яровизации и закалки растений.

В зависимости от сроков сева и других факторов, пшеница и другие озимые зерновые могут иметь два периода кущения – осенний и весенний. Если сроки посева поздние и боковые побеги осенью не образовались, то кущение происходит только весной, в течение 30-40 дней. Коэффициент кущения в таком случае уменьшается.
При оптимизации сроков сева озимой пшеницы следует учитывать, что ее производительность уменьшается как на ранних, так и на поздних сроках посева. Так, в первом случае посевы пшеницы развивают чрезмерную вегетативную массу, растения сильно кустятся, становятся менее устойчивыми к неблагоприятным условиям, снижают зимостойкость и больше повреждаются вредителями и болезнями. Растения поздних сроков посева дольше всходят, не успевают осенью раскуститься, развить достаточную корневую систему и надземную массу, накопить достаточное количество пластических веществ. Поэтому снижается зимостойкость и выживаемость растений и стеблей в весенне-летний период. Такие посевы формируют неполноценный урожай или даже погибают.
Лучшее приспособление к неблагоприятным условиям перезимовки у молодых растений связано с преобразованием сложных соединений на простые, которые имеют более высокие защитные свойства. Поздние сроки посева способствуют некоторому углублению узла кущения и повышают таким образом морозостойкость растений. При ранних сроках посева глубина залегания узла кущения составляет 1,0-1,5 см, тогда как у растений поздних сроков она увеличивается до 3,5-4,0 см.
Благоприятные условия для проведения посева наступают в том случае, когда среднесуточная температура воздуха устанавливается на уровне 14 … 16 °С, а осенняя вегетация посевов продолжается 45-55 дней с суммой среднесуточных температур в пределах от 45 до 55 °С. Оптимальные сроки посева пшеницы в условиях достаточной влагообеспеченности должны создать благоприятную основу для образования двух синхронно развитых побегов, что в дальнейшем позволит сформировать колосоность стебля.
Вследствие глобальных и региональных климатических изменений, которые наблюдаются в последние годы, сроки посева озимых зерновых культур периодически смещаются в сторону поздних.
Так, анализ температуры воздуха на широте Харькова свидетельствует, что по сравнению с периодом 1910-1966 гг., в 1981-2000 гг. она повысилась на 1,1 °С, а за период 2001-2015 гг. – на 2,1 °С. По данным Харьковского гидрометцентра, на территории области за последние 20 лет, по сравнению с периодом 1950-1995 гг., среднесуточная температура выросла в среднем на 0,7 … 2,5 °С, что свидетельствует о значительном потеплении климата. Наибольшее повышение температуры присуще январю и феврале (на 2,5 … 3,0 °С), а также всем летним месяцам (на 1,5 … 2,5 ° С).
Существенным по сравнению с среднемноголетней нормой стало повышение температуры именно во время подготовки к севу озимых и после него, то есть в августе – октябре. За последние 10 лет повышение суммы эффективных температур выше 10 °С колебалось от 5,1 °С в июле до 103,7 °С – в августе. В период посева, всходов и осеннего развития озимой пшеницы (сентябрь – октябрь) сумма температур была выше нормы на 22 … 35 ° С.

По сравнению с среднемноголетней нормой уменьшилось количество осадков. Значительное их сокращение отмечается в августе, что затрудняет получение всходов озимых, а также во второй-третьей декадах апреля и первой – мая. В последние годы в регионе наблюдается установление более позднего срока прекращения осенней вегетации озимой пшеницы – от 7 ноября (в 2006 г.) До 5 декабря (в 2010 г.), что требует корректировки сроков посева и повышения требований к качеству проведения осеннего комплекса работ.

Таким образом, глобальное потепление в последние 25 лет и связанная с ним повторяемость засух в осенний период приводят к изменению сроков вегетации растений озимой пшеницы и их полноценному кущению. Это подтверждает необходимость проведения научных исследований по оптимизации сроков посева с обязательным изучением эффективности интегрированной защиты посевов от вредных организмов и определения степени интенсивности воздействия агромероприятия на урожайность и качество зерна новых сортов.

При ранних сроках посева зерновые переростают и больше повреждаются вредителямиПри ранних сроках посева зерновые переростают и больше повреждаются вредителямиИсследованиями Института растениеводства им. В.Я. Юрьева НААН и других научно-исследовательских учреждений Украины зафиксирован более высокий уровень накопления растворимых углеводов в узлах кущения пшеницы мягких сортов в более ранние сроки. Так, при посеве 10 сентября растения накапливали больше растворимых углеводов, чем при посеве 20, 30 сентября и 10 октября. Но в зимний период использования углеводов растениями ранних сроков сева проходил интенсивнее, чем на поздних сроков посева. Вследствие этого в период возобновления весенней вегетации содержание сахаров в растениях при посеве 10 сентября уменьшался по этому показателю при поздних сроках посева в среднем до 3%.

Подавляющее большинство ученых склонны считать поздние сроки посева благоприятными для формирования у растений высокой морозостойкости. Однако, если рассматривать вопрос сроков посева с точки зрения лучшей перезимовки растений в производственных условиях, их устойчивость против комплекса неблагоприятных условий зимовки и высокую производительность обеспечивают посевы средних сроков сева.
Существенную роль в перезимовке озимых зерновых играют предшественники. Собственно, оптимизацию сроков посева и других технологических факторов следует корректировать с учетом культуры-предшественника, после которой выращивается озимые. Так, формирование максимальной зимостойкости растений озимой пшеницы после предшествующего черного пара в наших исследованиях происходило при посеве 10 октября, а после предшественника горох – 30 сентября. Поэтому сроки посева озимых следует определять дифференцированно, учитывая конкретные метеорологические, агротехнические условия и биологические свойства сорта. Следовательно, для обеспечения стабильного производства зерна озимой пшеницы важное значение имеют агроприемы выращивания, которые обеспечивают получение своевременных всходов и их развитие, благоприятные условия перезимовки и формирования урожая в весенне-летний период вегетации.
В зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения особенно проблемным является посев озимых после непаровых предшественников, поскольку не дает гарантии получения своевременных всходов из-за нехватки необходимого запаса продуктивной влаги в почве и проведения высева после оптимальных сроков. Опоздание со сроком посева на фоне негативного влияния частой осенней засухи делает кукурузу, подсолнечник, сою и другие культуры рискованными предшественниками озимой пшеницы. Весной посевы озимых после худших предшественников нередко приходится пересевать.

Перед производителями зерна возникает вопрос правильного подбора видового и сортового состава озимых зерновых культур после таких предшественников с учетом срока посева и других агротехнических факторов, чтобы минимизировать потери зерна и снижение его качества.

С. Авраменко, канд. с.х. наук, ст. наук. сотрудник, ведущий науч. сотрудник, докторант,
С. Попов, д-р с.хг. наук, професор,
В. Циганко, науч. сотрудник,
Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН+

 

 

©Пропозиція – Главный журнал по вопросам агробизнеса
http://propozitsiya.com/faktory-zimostoykosti-ozimyh-kultur

data-matched-content-ui-type="image_sidebyside" data-matched-content-rows-num="2" data-matched-content-columns-num="1" data-ad-format="autorelaxed">

Метки: ,