Факторы зимостойкости озимых зерновых культур

19 августа 2016 - С. В. Авраменко
Факторы зимостойкости озимых зерновых культур

ФАКТОРЫ ЗИМОСТОЙКОСТИ ОЗИМЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Статистика свидетельствует, что гибель посевов озимой пшеницы в странах бывшего СНГ наблюдается довольно часто и на больших площадях. Например, в 1956 году гибель посевов озимых зерновых происходила на площади 9,3 млн. га, в 1960 гг. – более чем на 8 млн. га. Вероятность гибели озимой пшеницы на трети площади наблюдается 2-3 раза в 10 лет, ржи и тритикале озимых, как более морозостойких культур – 1-3 раза. Еще больше терпит от неблагоприятных условий зимовки ячмень озимый, большинство сортов которого на значительной территории страны высевать не рекомендуется вообще.

Гибель озимых посевов приводит к недобору миллионов тонн зерна, дополнительным затратам средств на утраченное зерно, повторную обработку полей, потерянный посевной материал и протравители, пересев погибших посевов яровыми культурами и тому подобное. Кроме того, при таких условиях нарушаются планы проведения посевной кампании, что приводит к опозданию сева 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 наиболее важных в экономике сельского хозяйства, решение которой 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 средства максимального уменьшения ее вредных последствий. 

Важная роль в изучении причин гибели озимых культур и разработке мер их сохранения в период зимовки играют агрономическая наука и прогрессивная производственная практика. Прежде чем говорить о факторах зимостойкости, стоит определиться с терминологией, поскольку подавляющее большинство людей сочетают в одно целое термины «морозостойкость» и «зимостойкость». Итак, под морозостойкостью растений понимают их устойчивость к действию низких отрицательных температур. Зато зимостойкость – это устойчивость зимующих растений против комплекса неблагоприятных условий зимовки в осенний, зимний и ранневесенний периоды их жизни. Морозо- и зимостойкость – это сложные физиологические состояния озимых растений, которые постоянно меняются в зависимости от их возраста и условий выращивания и формируются у растений осенью во время их закалки.

Как свидетельствуют литературные источники, над вопросом морозостойкости работало большое количество ученых. Изучение вопросов вымерзания растений и приемов повышения зимостойкости начались еще в XVIII в. Одними из первых ученых, кто пытались объяснить причину гибели растений при вымерзании, были Button и Du-Hummel (1737), которые утверждали, что растения погибают от образования льда в сосудах, который при оттаивании становился причиной разрыва и отмирание тканей. Из современных работ отечественных и зарубежных ученых известно, что под влиянием морозов в результате обезвоживания при замерзании воды в растениях нарушается структура протоплазмы, повышается концентрация клеточного сока, нарушается расстояние между макромолекулами, меняется состояние митохондриального аппарата и нарушаются процессы энергообмена, аэробное дыхание меняется анаэробным, накапливаются токсические продукты обмена веществ, под действием которых протоплазма отмирает.

На современном этапе установлено, что вымерзание является результатом воздействия целого комплекса неблагоприятных факторов на клетку. Наиболее вредными из них является механическое давление льда и обезвоживание. Сейчас уже достаточно четко установлены закономерности в морозостойкости растений. Прежде всего, стало ясно основное положение, что морозостойкость – это явление, которое не всегда присуще даже достаточно устойчивым растениям. Чтобы выдержать все неблагоприятные условия зимой, растение должно перейти из активного вегетирующего в качественно иное, «пассивное или спящее» состояние, получивший название «закаленного». Таким образом, подготовка к зиме – это комплекс многих сложных биохимических процессов, объединенных одним общим термином «закалки растений».

Было установлено, что закалка растений озимых зерновых культур происходит в две фазы:

Первая фаза – при температуре днем ​​около 8-10 0С, а ночью – от нуля до 4 0С;

Вторая фаза – при средней температуре от нуля до минус 5 0С.

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 минус 10-12 0С.

Во второй фазе закаливания происходит обезвоживание клеток и в них повышается концентрация растворимых сахаров в клетках 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 к низким температурам: хорошо закаленная пшеница выдерживает понижение температуры в узлах кущения до минус 18-20 0С, рожь озимая – до минус 23-24 0С, тритикале – до минус 19-21 0С, ячмень озимый – до минус 14-15 0С.

Также следует отличать понятия «вымерзания» от «замерзания». Озимые всегда замерзают, потому что зимой температуры в районах их выращивания преимущественно минусовые, но при этом растения не погибают, то есть не вымерзают.

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, внесении необходимых удобрений) не обеспечивают полной гарантии от вымерзания при переходе температуры через порог критической, упомянутой выше.

Установлено, что степень закалки растений также зависит от освещения растений, его интенсивности и качества в период осенней вегетации. Так, солнечная погода способствует лучшей закалке, чем облачная. Сейчас известно, что пшеница озимая может приобретать высокую морозостойкость как при круглосуточном, так и коротком дне, но при разной продолжительности действия температур закалки (близких к 0 0С). В первом случае требуется недельный, во втором – трехнедельный срок.

Итак, вторая фаза закаливания у озимых зерновых культур происходит при незначительных отрицательных температурах от минус 3 0С до минус 5 0С. Но повышение морозостойкости происходит только тогда, когда растения перед этим прошли закалку при температуре несколько выше 0 0С. Вторая фаза закаливания является обратным процессом: в случае оттепели устойчивость к вымерзания, приобретенная при закалке, ослабляется, а при последующем понижении температуры – повышается; то есть в полевых условиях вторая фаза закаливания может проходить на протяжении длительного периода.

Для успешного закаливания растений, как в полевых, так и искусственных условиях необходимо постепенное снижение температуры. Это связано с тем, что основные защитные процессы, которые развиваются в растении под влиянием отрицательных температур наиболее интенсивно протекает при незначительных морозах – около 3-6 0С, с последующим постепенным их усилением.

Исследованиями установлено, что в условиях Украины прохождения первой фазы закаливания приходится на вторую половину октября, или на первую половину ноября. Продолжительность первой фазы закалки составляет около 20 суток.

Снижение средней суточной температуры воздуха до 5-6 0С осенью принято за начало периода прохождения первой фазы закаливания растений. Переход температуры воздуха через 0 0С принят за окончание этого периода. Морозостойкость озимой пшеницы до окончания первой фазы закаливания достигает минус 14 0С.

В фазе проростков или всходов растения озимых зерновых культур при температуре около 5 0С проходят так называемую стадию яровизации. Однако существуют сведения, что прохождение яровизации возможно и при более широком диапазоне температур – от минус 6-8 0С до плюс 16-18 0С. Для прохождения стадии яровизации растениям нужен период от 30 до 70 суток. Растения, которые не прошли стадии яровизации, в дальнейшем не выколашиваются. Собственно в этом и есть ответ на вопрос многих фермеров о том могут ли переросшие посевы озимых зерновых образовать колос осенью. Осенью к этой фазе (колошение) при определенных погодных условиях могут перейти только типичные яровые культуры или сорта-двуручки, не требующие или требующие «упрощенного» периода 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 незначительном снижении температуры наблюдается повреждение и гибель растений. Поэтому у переросших с осени озимых зерновых культур может существенно снижаться степень закалки растений, а следовательно и снижаться зимо- и морозостойкость, но угрозы образования 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 отсутствие активных температур и связанных с ними ростовых процессов после ее завершения. Таким образом, для формирования высокого уровня морозостойкости озимые зерновые культуры должны иметь достаточно длительный период яровизации, поскольку сорта с очень коротким периодом яровизации могут переходить в генеративное состояние в начале зимы и терять способность к закалке. Поэтому необходимо изучать продолжительность периода яровизации как составную часть зимостойкости сортов пшеницы и других озимых зерновых культур.

От функционального состояния растений и интенсивности фотосинтеза зависит накопления органической массы, а затем и устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды, а в конечном итоге – 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.п. направлены на создание оптимальных условий для протекания фотосинтетических процессов в растениях, а значит и являются факторами повышения зимостойкости.

Считается, что наиболее устойчивыми к условиям перезимовки есть растения, которые к концу осенней вегетации образовали три-четыре, даже до пяти побегов кущения. Конус нарастания главного побега перед уходом в зиму должен иметь длину 0,25-0,35 мм и быть на втором этапе органогенеза, поскольку дифференциация конуса роста в осенний период, его вытягивание и переход к III этапу органогенеза резко снижает морозо- и зимостойкость растений.

Одними из самых важных приемов, которые влияют на растения в осенний период, в частности на их способность к закалке и формированию морозостойкости, является 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.

Успешная зимовка сортов озимых культур зависит от их физиолого-биохимического состава и метаболических процессов. Кроме того, зимостойкость того или иного сорта зависит от содержания в зимующих органах 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 в течение зимовки. У зимостойких сортов пластидный аппарат подвергается преобразованию. Также одним из показателей устойчивости организма к воздействию низких температур является интенсивность дыхательного процесса. У разных сортов она может снижаться при воздействии морозов как при поглощении кислорода, так и при выделении углекислого газа.

Среди озимых зерновых культур наибольшую морозостойкость имеет рожь и тритикале, значительно меньшую – пшеница, а наименьшую – ячмень. Кроме того, как упоминалось ранее, в рамках каждой культуры существует разница по зимостойкости между сортами, которая выражается в баллах и которую обязательно нужно учитывать при планировании выращивания озимых в том или ином регионе.

Разница между сортами в динамике роста, формирования урожая, реакции на отдельные факторы технологии выращивания существенная, поэтому при выборе сорта следует учитывать, какой из элементов комплекса его производительности в конкретных условиях хозяйства является решающим для достижения максимального потенциала, особенно обращать внимание на один из главных факторов получения урожайности – это зимостойкость сорта.

В соответствующих разделах нашего сайта – http://poisksorta.com/catalog/1002, http://poisksorta.com/catalog/1026, http://poisksorta.com/catalog/1028 Вы можете узнать о степени зимостойкости, а также других характеристиках того или иного интересующего сорта озимых зерновых культур.

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 – от 8,0 до 8,5 балла, тогда как период яровизации современных сортов составил от 50 до 95 суток, а зимостойкость – от 1,5 до 7,5 баллов.

На современном этапе развития агрономической науки селекционерами созданы 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, поэтому в стране наблюдаются года, когда в результате неблагоприятных условий зимовки выпадает до 70% посевов.

Считается, что на формирование продуктивности новых сортов озимых зерновых культур в значительной степени влияют сроки сева. Оценка пластичности сортов в зависимости от сроков сева проводится по средней за несколько лет урожайности. Она считается высокой, если сорт имеет самую высокую среднюю урожайность за все сроки сева, а при ранних и поздних сроках урожайность снижается от максимального уровня стандарта не более чем на 10-15%.

Следует учитывать, что при ранних сроках посевы перерастают и более повреждаются личинками гессенской, шведской, пшеничной и других мух, тлей, цикадками, подгрызающими совками, сильнее поражаются корневыми гнилями, бурой листовой ржавчиной, мучнистой росой, вирусными болезнями и сильнее зарастают сорняками.

Сроки сева имеют комплексное воздействие, что в дальнейшем сказывается на процессах прохождения всех фаз органогенеза, их устойчивости к неблагоприятным условиям в зимний период, поражениям болезнями и вредителями как в начале, так и на последующих периодах вегетации.

Осенний период вегетации растений является решающим для формирования продуктивности посевов озимых зерновых, поэтому последствия ошибок, сделанных осенью, в дальнейшем невозможно в полной мере исправить за счет агротехнических приемов.

Многочисленные исследования показывают, что только при севе в оптимальные сроки при условии обеспечения почвы влагой и достаточном температурном режиме воздуха в этот период возможно получение своевременных и качественных всходов, протекание 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 сева поздние и боковые побеги осенью не образовались, то кущение происходит только весной – в течение 30-40 дней. Коэффициент кущения в данном случае уменьшается.

При оптимизации сроков сева озимой пшеницы следует учитывать, что ее производительность уменьшается как при ранних, так и при поздних сроках сева. В первом случае посевы пшеницы развивают чрезмерную вегетативную массу, растения сильно кустятся, становятся менее устойчивыми к неблагоприятным условиям, снижают зимостойкость и более повреждаются вредителями и болезнями. Растения поздних сроков сева дольше всходят, не успевают осенью раскуститься, развить достаточную корневую систему и надземную массу и накопить достаточное количество пластических веществ, из-за чего снижается зимостойкость и выживаемость растений и стеблей за весенне-летний период. Такие посевы формируют неполноценный урожай или даже погибают.

Лучшим приспособлением к неблагоприятным условиям перезимовки у молодых растений является преобразование сложных соединений в простые, которые имеют более высокие защитные свойства. Поздние сроки сева способствуют некоторому углублению узла кущения и повышают таким образом морозостойкость. При ранних сроках сева глубина залегания узла кущения составляет 1,0-1,5 см, тогда как у растений поздних сроков она возрастает до 3,5-4,0 см.

Итак, благоприятные условия для проведения сева наступают, когда устанавливается среднесуточная температура воздуха 14-16 0С, а осенняя вегетация посевов продолжается 45-55 дней с суммой среднесуточных температур в пределах от 450 0С до 550 0С. Оптимальные сроки сева пшеницы в условиях достаточной влагообеспеченности должны обеспечить образование двух синхронно развитых побегов, в дальнейшем позволяющих сформировать колосоносные стебли.

Впрочем, в результате глобальных и региональных климатических изменений, которые наблюдаем в последние годы, сроки сева озимых зерновых культур периодически смещаются в сторону поздних. Так, анализ температуры воздуха на широте г. Харькова свидетельствует, что по сравнению с периодом 1910-1966 гг., в 1981-2000 гг. она повысилась на 1,1 0С, а за период 2001-2015 гг. – на 2,1 0С. 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 0С, что свидетельствует о значительном потеплении климата. Наибольшие повышение температуры характерны январю и февралю (на 2,5-3,0 0С), а также летним месяцам – июню, июлю и августу (на 1,5-2,5 0С). Особенно значительным по сравнению со средней многолетней нормой является повышение температуры именно во время подготовки к севу озимых и после нее – в августе-октябре. За последние 10 лет повышение суммы эффективных температур выше +10 0С колебалось от 5,1 0С в июле до 103,7 0С – в августе. В период сева, всходов и осеннего развития озимой пшеницы (сентябрь-октябрь) сумма температур была выше нормы на 22-35 0С. Кроме того, по сравнению со средней многолетней нормой, уменьшилось количество осадков. Значительное их уменьшение отмечается в августе, что затрудняет получение всходов озимых, а также в 2-3-й декадах апреля и 1-й декаде мая. В последние годы в регионе наблюдается более поздний срок прекращения осенней вегетации озимой пшеницы – с 7 ноября (в 2006 г.) до 5 декабря (в 2010 г.), что требует корректировки сроков сева и повышение требований к качеству проведения осеннего комплекса работ.

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

Исследованиями Института растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН Украины и других научно-исследовательских учреждений выявлено более высокий уровень накопления растворимых углеводов в узлах кущения пшеницы мягкой озимой 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 использование углеводов растениями ранних сроков сева происходило более интенсивно, чем при поздних сроках. Вследствие этого на время возобновления весенней вегетации содержание сахаров в растениях при посеве 10 сентября уменьшалось в сравнении с поздними сроками сева в среднем до 3%.

Таким образом, подавляющее большинство исследователей склонны считать поздние сроки сева более благоприятными для формирования у растений высокой морозостойкости. Однако, если рассматривать вопрос сроков сева с точки зрения лучшей перезимовки растений в производственных условиях, то их устойчивость против комплекса неблагоприятных условий зимовки и более высокую производительность обеспечивают посевы средних сроков сева.

Существенную роль в перезимовки озимых зерновых играют также предшественники. Собственно, оптимизация сроков сева и других технологических факторов должны корректироваться учитывая культуру-предшественник, после которой выращиваются озимые. Так, формирование максимальной зимостойкости растений озимой пшеницы после предшественника черный пар в наших исследованиях происходила при посеве 10 октября, а после предшественника горох – 30 сентября. Поэтому сроки сева 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 проблемной является сев озимых после непаровых предшественников, поскольку нет гарантии получения своевременных всходов из-за отсутствия необходимого запаса продуктивной влаги в почве и проведения сева после оптимальных сроков. Опоздание со сроком сева, соединенное с отрицательным влиянием частой осенней засухи ставит кукурузу, подсолнечник, сою и другие культуры в ряд рискованных предшественников озимой пшеницы. Весной посевы озимых после худших предшественников нередко приходится пересевать. Поэтому, перед производителями зерна возникает актуальный вопрос правильного подбора видового и сортового состава озимых зерновых культур после таких предшественников с учетом срока сева и других агротехнических факторов, чтобы свести до минимума потери зерна и его качества.

С уважением, канд. с.-х. наук, ведущий научный сотрудник Института растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН

Сергей Владимирович Авраменко 

Рейтинг: 0 Голосов: 0 1529 просмотров
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

Кто онлайн?
Пользователей: 0
Гостей: 0
Сегодня были:
Алиса, abucun, iquxy, DazielTew, Clerissa, Clauziopig, Edwazdaloth, etabuba, KevinLal