Физиологические основы зимостойкости озимых зерновых культур
Обновлено: 05.10.2024
Устойчивость растений к комплексу неблагоприятных условий в период перезимовки называют зимостойкостью. Способность растений противостоять воздействию низких отрицательных температур называется морозостойкостью. Способность растений противостоять воздействию низких положительных температур называется холодостойкостью.
Зимостойкость - биологическое свойство приспособляемости растительного организма к зимним условиям. Решающее значение в повышении зимостойкости имеет сорт. Однако способность к перезимовке также зависит от условий осеннего развития растений и своевременной подготовки их к зиме, а также от агротехники. Из озимых культур наиболее морозостойка озимая рожь, которая выдерживает морозы до 20 °С и более на глубине узла кущения. Менее устойчива озимая пшеница, для которой опасны температуры ниже -16-18°С. Озимый ячмень повреждается при морозе ниже 12 °С.
Закалка озимых. Зимостойкость и морозостойкость формируются на определенных этапах развития, особенно в процессе закалки. Закалкой называется развитие устойчивости растений к зимним условиям и представляет собой комплекс протекающих в них физиологических и биологических процессов.
Вегетационный период озимых - 260-360 дней (период ассимиляции - 120-150 дней). Осенний период развития составляет 50-55 дней. За это время растения формируют 3-4 побега высотой 15-20 см, это оптимальное состояние для перезимовки. Осенью растения проходят закалку. Это физиологический процесс, в результате которого формируются свойства: зимостойкость и морозостойкость. И.И. Туманов установил, что закалка протекает в две фазы:
вторая - в конце осени, при слабых морозах (0-50С) как на свету, так и в темноте.
В первой фазе в узлах кущения и во влагалищах листьев усиленно накапливаются углеводы, т.к. в прохладное время ночью их расход на ростовые процессы и дыхание растений замедляется. Продолжительной первой фазы закалки зависит от сорта и условий среды. В конце первой фазы сахаров накапливается в 2-3 раза больше, чем в начальный период. Перед уходом в зиму у озимых культур накапливается около 20-25 % сахаров в пересчете на сухое вещество. Углеводы играют защитную роль и служат запасным материалом, используемым весной, когда озимые трогаются в рост. Озимые, прошедшие первую фазу, способны выдерживать t до -12оС.
Вторая фаза закалки растений протекает при более низких t (0…-5), повышение зимостойкости обусловлено главным образом процессом обезвоживанием тканей, часть воды переходит в связанное состояние, повышается концентрация кисточного сока и изменяются свойства цитоплазмы клеток. В результате этих процессов значительно повышается концентрация клеточного сока в узлах кущения и влагалищах листьев. Именно эти изменения в первую очередь определяют морозостойкость растений. При пониженных температурах 0-5°С в клетках накапливаются относительно простые соединения, повышается осмотическое давление, возрастают сосущая сила, водоудержи-вающая способность. К моменту завершения второй фазы закалки количество свободных аминокислот в вегетативных органах увеличивается; в клетках озимых создаются условия для переохлаждения растворов, способных длительное время не замерзать. Сложные белки переходят в более простые формы.
В процессе закаливания озимых в вегетативных органах накапливается много растворимых углеводов и аминокислот. Среди них наиболее высокий удельный вес имеют олигосахариды, пролин, аспарагин и глютаминовая кислота. При закаливании наибольшее количество растворимых углеводов и свободных аминокислот накапливается в узлах кущения. Морозо- и зимостойкие сорта озимой пшеницы во время закаливания накапливают больше олигосахаридов и свободных аминокислот по сравнению с менее зимостойкими. Олигосахариды постепенно превращаются в растворимые сахара (сахароза и др.), что повышает устойчивость растений к морозу.
Для прохождения 1-ой фазы закалки требуется 12-14 дней, для полной закалки при благоприятных условиях требуется 20-24 дня.
Быстрее проходит фазу закалки озимая рожь, медленнее - озимая пшеница и совсем медленно - озимый ячмень.
Продолжительность фазы закаливания зависит от вида растений, сорта и метеорологических условий. Ясная, солнечная погода с теплыми днями и прохладными ночами благоприятствует закалке растений, и, наоборот, пасмурная погода осенью с теплыми днями и ночами задерживает ее.
Озимые хлеба, прошедшие хорошую закалку становятся более зимостойкими и способны переносить морозы до -18…-20о С в зоне узла кущения, а также меньше реагируют на другие неблагоприятные климатические факторы, При недостаточной закалке пшеница сильно страдает даже при морозах 15-17°С.
Чтобы повысить закалку озимых надо проводить посев в оптимальные сроки, и достаточно обеспечивать растения фосфором и калием.
Вы здесь: ЧАСТЬ 2. ОСНОВЫ РАСТЕНИЕВОДСТВА Глава 3. УСТОЙЧИВОСТЬ ОЗИМЫХ КУЛЬТУР К НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ ФАКТОРАМ СРЕДЫ
Глава 3. УСТОЙЧИВОСТЬ ОЗИМЫХ КУЛЬТУР
К НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ ФАКТОРАМ СРЕДЫ
Озимые хлеба имеют большое значение в производстве зерна. В основных районах возделывания они дают большие урожаи, чем яровые зерновые. Развитие озимых хлебов протекает в два периода. Первый проходит осенью до заморозков, второй – начинается весной и заканчивается плодоношением и отмиранием растений. В осенний период растения активно наращивают вегетативную массу, а при понижении температуры и уменьшении продолжительности дня рост приостанавливается и наступает период покоя в течение зимы.
§1. Зимостойкость и морозостойкость озимых
В зимний и ранневесенний периоды озимые хлеба часто подвергаются различным неблагоприятным внешним воздействиям, которые приводят к изреживанию или полной гибели посевов. Устойчивость растений к неблагоприятным условиям перезимовки зависит от их зимостойкости и морозостойкости, а также от закалки.
Зимостойкость – способность озимых культур переносить неблагоприятные условия в период перезимовки (выпревание, вымокание и др.). Морозостойкость – способность озимых культур выдерживать длительное воздействие отрицательных температур в зимний период. Способность растений выдерживать низкие положительные температуры называется холодостойкостью. Наиболее морозостойка озимая рожь (выдерживает морозы до -20 °С), озимая пшеница (до -16 – -18 °С).
Зимостойкость и морозостойкость растений являются сложными физиологическими свойства. Они непостоянны, формируются на определенных этапах развития, особенно в процессе закалки растений. И.И.Туманов установил, что закалка протекает осенью в две фазы: первая проходит в условиях интенсивного освещения и температуры 8 – 10 °С в дневные часы и около 0 °С ночью (в это время в растениях накапливаются пластические вещества, преимущественно сахара). Перед уходом в зиму у озимых культур накапливается около 20 – 25 % сахаров. Озимые, прошедшие первую фазу, способны выдерживать температуру до -12 °С.
Вторая фаза закалки протекает при более низких температурах (0 – 5 °С). Повышение зимостойкости обусловлено главным образом процессом обезвоживания клеток, оттоком воды из цитоплазмы в межклеточные пространства и превращением в клетках нерастворимых в воде органических веществ в растворимые. В результате этих процессов значительно повышается концентрация клеточного сока. Вторую фазу закалки быстрее проходит озимая рожь, затем – озимая пшеница и озимый ячмень. После закалки резко повышается зимостойкость растений и они способны переносить морозы до -18 – -20 °С в зоне узла кущения, а также меньше реагируют на другие неблагоприятные климатические факторы. Продолжительность фазы закаливания зависит от метеорологических условий, вида растений: лучше идет при ясной погоде с теплыми днями и прохладными ночами, положительно влияют также подкормки фосфорно-калийными удобрениями. Для прохождения полной закалки при благоприятных условиях необходимы 21 – 24 дня.
§2. Гибель посевов и контроль за ходом перезимовки
Изреживание и гибель посевов могут быть вызваны многими причинами: ● осенней засухой, ● слабой закалкой поздних всходов, ● сильными морозами и малоснежными зимами, ● резкими колебаниями температур, ● мощным снеговым покровом, ● застоем воды на поверхности почвы. Часто гибель наступает от совместного действия нескольких факторов.
Главные причины изреживання и гибели посевов озимых культур – вымерзание, выпревание, вымокание, выпирание, ледяные корки.
Вымерзание – одна из наиболее частых причин повреждения и гибели озимых. Основной фактор – действие низких температур. В межклеточных пространствах ткани растений образуются кристаллы льда, которые оттягивают воду из клеток, что приводит к обезвоживанию протоплазмы. Обезвоженная протоплазма повреждается, теряет непроницаемость, и наблюдается гибель клеток. У растений, поврежденных морозами, листья желтеют, узел кущения буреет, корни теряют тургор. В бесснежье иногда озимые вымерзают от резких колебании температур днем и ночью. Иногда после схода снега при небольшом потеплении (выше 5 °С) в январские и февральские оттепели озимые возобновляют вегетацию, что ведет к быстрой потере закалки растений, при возврате холодов может наблюдаться гибель озимой пшеницы.
Для предохранения озимых от вымерзания значение имеют: тщательная и своевременная подготовка почвы к посеву, применение фосфорно-калийных удобрений, использование морозостойких сортов, более глубокая заделка семян, снегозадержание. Снег обладает малой теплопроводностью и хорошо защищает озимые от чрезмерно низких температур и дает возможность накопить влагу на посевах озимых.
Выпревание озимых культур наблюдается вследствие их мощного развития при продолжительной теплой осени и выпадения снега на талую почву. Находясь под толстым снежным покровом длительное время, растения гибнут из-за истощения, так как накопленные питательные вещества расходуются на дыхание, а пополнения углеводов под снегом в условиях почти полной темноты не происходит. При выходе из-под снега озимые оказываются побуревшими и дряблыми, так как ткани мертвеют, листья нередко покрываются налетом снежной плесени. Выпревание озимых культур отмечается в основном в районах Нечерноземной зоны, на тяжелых суглинистых почвах с плохой водопроницаемостью. Озимая рожь в большей степени подвергается выпреванию, чем озимая пшеница. Для предотвращения гибели озимых по этой причине нельзя допускать завышения нормы высева и преждевременного посева, проводить прикатывание озимых после выпадения снега на талую почву.
Вымокание наблюдается в районах избыточного увлажнения Нечерноземной зоны, а также в пониженных местах рельефа, где долго задерживается вода, вследствие чего в растениях усиливаются анаэробные процессы, происходят отравление и их гибель. Вымокание может происходить осенью, но чаще наблюдается весеннее. Чем выше температура, при которой происходит вымокание, тем интенсивнее идет процесс гибели. В начале весенней вегетации озимые могут переносить затопление при невысоких температурах в течение 2 недель и дольше, с повышением температуры устойчивость к вымоканию снижается и уже через 8 – 10 дней озимые желтеют и погибают (озимая рожь страдает больше, чем озимая пшеница). Для предупреждения вымокания необходимо тщательное предпосевное выравнивание почвы, применяют отвод скапливающейся воды, гребневые посевы.
Выпирание – вытеснение на поверхность почвы узлов кущения, которое сопровождается разрывом корней – происходит из-за образования подповерхностных ледяных линз зимой или весной при переменном замерзании и оттаивании почвы. При таянии линз почва оседает, и узел кущения обнажается. Выпирание наблюдается в районах с резкими колебаниями температур в ранневесенний период. Основными мерами борьбы с выпиранием является: ● своевременные основная и предпосевная обработки почвы, ● более глубокое высевание семян, ● прикатывание почвы до и после посева, ● использование сортов с глубоким залеганием узла кущения, ● обработка семян ретардантами.
Ледяные корки также нередко являются причиной повреждения или гибели озимых. Они появляются, когда снег при оттепелях полностью тает, а образовавшаяся вода при похолодании замерзает, образуя ледяную корку, смерзшуюся с верхним слоем почвы и вмерзшими в него растениями. Растения подвергаются механическим повреждениям, прекращается доступ воздуха к ним, нарушается газообмен, все это приводит к изреживанию или гибели. Наиболее эффективные средства защиты растений от ледяных корок – щелевание, снегозадержание.
Выдувание часто наблюдается в сухую осень или весной, преимущественно на бесструктурных почвах, в открытых безлесных местах. Пыльные бури вызывают гибель посевов вследствие выдувания поверхностных слоев почвы, узлы кущения оказываются на поверхности, в результате растения засыхают или гибнут во время зимовки от действия низких температур. В пониженных местах и у лесополос озимые могут быть засыпаны почвой, на отдельных участках слой нанесенной почвы может достигать 10 см и более. Погребенные растения не могут выбиться на поверхность и гибнут. Для предотвращения гибели озимых от выдувания проводят лесомелиоративные мероприятия, высевают кулисы, размещают культуры полосами (озимая пшеница и многолетние травы), высевают озимые по стерне.
Ослабленные в результате выпревания, вымокания и других неблагоприятных условий растения озимых поражают снежная плесень и склеротиния – болезни, вызываемые грибами-паразитами. Для борьбы с этими болезнями необходимо проводить предпосевное протравливание семян, внедрять устойчивые сорта.
§3. Контроль за ходом перезимовки
Необходимо следить за состоянием озимых культур зимой, особенно в переходный период от зимы к весне. Для наблюдения за ходом перезимовки зерновых хлебов в течение зимы берут пробы на отращивание. Площадку, с которой берут монолит, очищают от снега и вырубают монолит размером 25 х 25 см (на глубину 15 – 20 см) с таким расчетом, чтобы внять два рядка растений без повреждения. Монолит помещают в ящик, укрывают мешковиной и перевозят в теплое помещение (12 – 14 °С) на 2 – 3 дня для постепенного оттаивания. Затем переносят его в еще более теплое (18 – 20 °С) и светлое помещение на 12 – 14 дней для отращивания, почву поддерживают во влажном состоянии. После этого растения осторожно извлекают из почвы, корни отмывают и подсчитывают отросшие и погибшие растения. Определяют густоту растений на 1 м 2 или процент перезимовавших растений, который вычисляют по отношению к общему числу растений в монолите.
Для быстрого определения состояния озимых используют ускоренный метод определения жизнеспособности растений по интенсивности отрастания узла кущения (донской метод). Суть метода состоит в том, что у взятых растений срезают стебли на расстоянии 1,0 – 1,5 см от узла кущения, а корни обрезают полностью. Такие растения помещают в сосуд на увлажненную фильтровальную бумагу, вату или марлю, накрывают крышкой и оставляют на 12 – 24 ч при температуре 24 – 26 °С. Хорошо сохранившиеся растения дают прирост стебля до 10 мм, ослабленные – 3 – 5 мм. Затем подсчитывают живые, ослабленные и отмершие растения и определяют густоту растений на 1 м 2 . К сильноизреженным относят посевы, где на 1 м 2 насчитывается не более 100 – 120 здоровых растений, к среднеизреженным – 130 – 200 растений, к слабоизреженным посевам относят те, где выпадение растений не превышает 15 – 20 %. Такое определение состояния озимых проводят до наступления весны, чтобы заблаговременно выявить площади изреженных или погибших посевов озимых. На месте полностью погибших и сильноизреженных посевов весной высевают другие культуры, а в среднеизреженных посевах подсевают яровые зерновые культуры (ячмень, пшеницу).
Окончательную оценку состояния озимых проводят ранней весной, когда посевы уже тронулись в рост и живые растения легко отличить от погибших.
Период, который в нашей зоне длится обычно с ноября по март, в значительной мере определяет будущий потенциал урожайности зерновых культур. Время зимнего покоя является одним из самых критических для роста и развития озимых.
Вероятность гибели трети объема озимой пшеницы, особенно в восточных областях Украины, наблюдается два-три раза в 10 лет, озимой ржи как более морозостойкой культуры — один-три раза за тот же временной промежуток. Еще сильнее страдает от неблагоприятных условий зимовки озимый ячмень, большинство сортов которого на востоке страны высевать не рекомендуется.
Важное значение для изучения причин гибели озимых культур и разработки действенных мер для их сохранения в период зимовки имеют агрономическая наука и прогрессивная производственная практика. Так, установлено, что наибольшую устойчивость к негативным факторам зимовки проявляют морозостойкие и зимостойкие сорта озимых культур, которые сеют в оптимальные сроки отборными протравленными семенами в качественно и своевременно подготовленную почву со сбалансированным режимом питания и содержанием в пахотном слое не менее 20-30 мм продуктивной влаги. Озимые культуры в таких условиях успевают до наступления зимы нормально раскуститься, сформировать хорошо развитую корневую систему и узел кущения, в котором накапливается достаточно сахаров (25-35% от массы растения), которые защищают последнюю от воздействия низких температур.
Чтобы защитить озимые в период перезимовки, следует определить, от чего страдают и гибнут растения, возможно, это связано с их морозо- или зимостойкостью.
Морозостойкость — это устойчивость растений к низким отрицательным температурам (в озимой пшеницы этот показатель достигает -15 . 20 °С, а ржи — до -20 . 22 °С). Зимостойкость — устойчивость зимующих растений против комплекса неблагоприятных условий зимовки в осенний, зимний и весенний периоды их жизни. Морозо- и зимостойкость — сложные физиологические состояния озимых растений, которые постоянно меняются в зависимости от их возраста и условий выращивания.
Морозо- и зимостойкость формируются у растений осенью во время их закалки. Такое закаливание происходит в две фазы: первая следующего за дневной температуры около 8 . 10, а ночной — от нуля до 4 °С, вторая — 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 по 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 периода закалки достигает в узлах кущения до 30% сухого вещества и даже больше, растения способны выдерживать понижение температуры (морозостойкость) на глубине залегания узла кущения до -10 . 12 °С. Во второй фазе 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 трудно замерзает. Растения становятся еще более устойчивыми, морозостойкими против низких температур: хорошо закаленная пшеница выдерживает понижение температуры у узла кущения до -18 . 20 рожь озимая - до -23 . 24, тритикале — до -19 . 21, ячмень озимый — до -14 . 15 °С . Собственно, выращивание ячменя озимого с наименьшими рисками на территории Украины возможно только в зонах Лесостепи и Полесья, тогда как в Степи он часто вымерзает.
Зимостойкость озимых культур. Продолжительность прохождения первой и второй фаз закалки растений составляет в среднем 20-25 дней. Однако даже хорошо закаленные растения (при своевременном посеве отборных семян в хорошо подготовленную почву, внесение нужного количества удобрений) не обеспечивают полной гарантии от вымерзания при переходе температуры через порог критической, которая для озимого ячменя составляет -12 . 14 °С, озимой пшеницы — - 16 . 18, тритикале — -17 . 19 озимой ржи — -20 . 24 °С. По статистическим данным, в Украине озимые культуры больше всего страдают: в степных районах — от вымерзания, лесостепных и степных — от ледяной корки, в полесских — от выпревания, вымокания, частично — от вымерзания.
Следует отличать вымерзание от замерзания. Озимые всегда замерзают, потому что зимой температуры в районах их выращивания преимущественно минусовые, но при этом растения не погибают (не вымерзают).
Вымерзание озимых культур
Причиной гибели растений озимых культур является сильное обезвоживание протоплазмы клеток вследствие замерзания так называемой свободной воды в межклеточных пространствах с образованием кристаллов или сплошной ледяной оболочки из-за внезапного снижения температуры (например, при сильном морозе сразу после оттепели) и оттягивание внутриклеточной воды. Это приводит к обезвоживанию клеток и коагуляции коллоидных растворов в клетках озимых и их гибели. Вымерзание озимых, как отмечалось, наблюдается при критических минусовых температурах, присущих каждой озимой культуре.
Ледянная корка
Различают притертую и нависшую ледяные корки. Притертая — образуется при сплошном замерзании воды, нависшая — всего при поверхностном замерзании (над растениями или на поверхности снега). Конечно, вреднее притертая корка, когда образуется слой льда 10-12 см толщиной. Лед имеет высокие теплопроводность (в 20 раз больше, чем снег) и теплоотдачу, усиливает отрицательное воздействие низких температур на растения. Кроме того, наблюдается механическое травмирование льдом узла кущения. Нависшая, или так называемая грязная, корка части не вредит растениям озимых культур, даже играет определенную защитную роль. Но длительное ее хранение может привести парниковый эффект и спровоцировать у растений восстановления ростовых процессов. Поэтому иногда наблюдается опрелости под такой коркой у растений озимых культур в начале вегетации.
Выпревание
Обычно случается тогда, когда на еще незамерзшую почву выпадает толстый слой снега и лежит в течение двух-четырех месяцев, а температура почвы под снегом устанавливается на нулевом уровне и даже на более высоких отметках. Под снегом растения озимых культур тратят питательные вещества (углеводы) на процессы дыхания (хотя они и медленные) без доступа света не способны пополнить их путем фотосинтеза, поэтому погибают от истощения и поражения болезнями, в частности снежной плесенью. После длительного периода опрелости может начаться также процесс разложения растительных белков до образования аминокислот, которые вызывают отравление растений озимых культур.
Вымокание
Выпирание
Имеет место при посеве озимых культур в свежевспаханною почву и вследствие резких колебаний температуры весной. У высеянной в рыхлую почву пшеницы из-за ее оседания разрывается корневая система и узел кущения остается на поверхности почвы (пассивное выпирание). Резкие перепады дневных и ночных температур ранней весной обусловливают выпирание узла кущения на поверхность почвы льдом, который образуется в результате ночного замерзания воды (активное выпирание). Узлы кущения, которые оказались на поверхности почвы, могут погибнуть от морозов или недостатка воды.
Защита растений от неблагоприятных условий зимовки
Чтобы уменьшить вред от вымерзания растений озимых культур, для успешного выращивания культур следует выбирать наиболее морозо- и зимостойкие сорта озимых. Большое значение имеют такие факторы, как: оптимальные сроки посева озимых культур; предварительное внесение фосфорно-калийных удобрений; заделка семян на большую глубину, особенно озимой пшеницы в которой благодаря этому глубже закладывается узел кущения; снегозадержание. Последний фактор очень важен: при температуре воздуха -30 °С почвы, не покрытой снегом, промерзает у узла кущения до -20 . 22 °С, что вызывает гибель практически всех озимых культур, а при слое снега всего 15 см — только до минус 7 . 11 °С, не вредит даже озимому ячменю.
Снег задерживают применением снегозадержателей, образуя валки поперек господствующих ветров. Лучше всего это делать во время выпадения снега, которым сразу закрываются обнаженные между валками места. На юге страны снег задерживают также при помощи кулис.
Притертую ледяную корку уничтожают, посыпая ее торфом, золой, перегноем, минеральными удобрениями — каинит, фосфатшлак, суперфосфатом; висящую (при необходимости) — прикатыванием. Ледяная корка исчезает также при снегозадержании. Для предотвращения выпревания посевов озимых культур следует придерживаться оптимальных сроков посева озимых культур, не допускать раннего посева, при которой формируется густой травостой и почву трудно промерзает. При выпадении толстого слоя снега на непромерзлую почву ее уплотняют катками. Но в таком случае следует учитывать, что с наступлением оттепели может образоваться ледяная корка, которую, возможно, тоже надо будет уничтожать. Переросшие озимые (особенно — озимую рожь), осенью иногда подкашивают на высоту не ниже 10-12 см. На переросших озимых практикуют также культивацию снега с использованием широко расставленных лап-окучивателей, что способствует более быстрому промерзанию почвы. Иногда выпускают на занесенные снегом посевы табун молодняка (телят или овец) для уплотнения снежного покрова.
При выпирании растений посевы озимых культур прикатывают кольчато-шпоровыми катками, что способствует лучшему контакту растений с почвой, благодаря чему они быстрее и лучше укореняются. Если возникает необходимость высева озимых культур в свежевспаханную почву, ее обязательно перед посевом уплотняют тяжелыми катками. В таком случае также следует глубже заворачивать семена.
В течение зимы и ранней весной ведут постоянный контроль за состоянием зимовки озимых культур. Основным методом контроля является отбор на посевах монолитов, в которых после отрастания растений озимых культур определяют их жизнеспособность. Монолиты размером 30х30х15 см или 35х25х15 см с двумя строками растений отбирают в заготовленные деревянные ящики в течение зимы не менее трех раз (в январе, феврале и марте) в нескольких местах по диагонали поля. Если зимой возникают сильные и продолжительные оттепели или, наоборот, большие морозы, монолиты отбирают дополнительно. Растения озимых культур после оттаивания почвы в монолите при температуре 12 . 14 °С отращивают в светлых помещениях при температуре 18 . 20 °С в течение 12-15 дней с периодическим поливом их в ящиках, после чего подсчитывают количество живых и отмерших растений.
Состояние озимых культур весной после перезимовки оценивают по пятибалльной системе: 1 бал — сжижение очень большое, сохранилась незначительная часть растений; 2 — сжижено большое количество погибших растений озимых культур, которое превышает 50%; 3 — сжижение значительное, погибло 25-50% растений; 4 — сжижение небольшое, погибло менее 25%; 5 баллов — сжижению незаметно. Сжиженные посевы озимых культур подсевают или пересевают в зависимости от степени их сжиженности и состояния растений.
Ускоренные методы определения жизнеспособности растений озимых культур
Донской. Осторожно отбирают (вырубают) монолиты на посевах озимых (30-50 растений) с неповрежденными узлами не менее чем в пяти местах поля. После таяния грунта и отмывания растений у них обрезают листья и корни на расстоянии 1 см от узлов кущения, а сами узлы отращивают. Для этого их кладут в стакан на хорошо увлажненную вату или марлю, которую сверху закрывают для повышения влажности воздуха и ставят в темное и теплое помещение (24 . 26 °С) на 24 часа. Живые растения, которые за это время отрастают на 3-15 мм, а также те, которые не дали прироста (неживые), подсчитывают и определяют процент гибели озимых.
Водный. В отобранных и оттаявших растений озимых культур отрезают листья, а узлы кущения с корнями помещают в посуду (тарелку) с водой, который ставят в теплом и хорошо освещенном помещении. На пятый-шестой день определяют процент живых растений озимых культур, которые начинают отрастать, и погибших.
Сахарный. Отобранные и оттаявшие растения без обрезки погружают корнями на 13-15 часов в 1-5% раствор сахара, а затем переводят в чистую воду. На шестой-седьмой день по отрастанию вычисляют количество живых и неживых растений озимых культур.
Метод красителей.
Красят срезы растений у основы побегов и стеблевые конусы нарастания 0,1%-м раствором кислого фуксина. У живых растений озимых культур естественный цвет срезов и клеток конусов нарастания не меняется, в неживых - появляется розово-бурая окраска. Повреждения конуса оценивается в баллах: 5 баллов — конус прозрачный, тургорный, живой; 3 балла — конус жив, тургорный, но уже белый и непрозрачный; 1 балл — конус бурый, морщинистый, неживой.
Окончательный визуальный анализ озимых и подсчеты жизнеспособных растений проводят за восстановление их активного роста и, в зависимости от времени наступления весны, принимают решение о целесообразности оставления озимых посевов для получения запланированного урожая.
По данным В.Д. Мединцем, в районе Полтавы раннего ВВВВ для озимой пшеницы выпадал 22 февраля, поздний — 17 апреля (разрыв достигает 55 дней!). Конечно, озимые, которая восстанавливает свою вегетацию в феврале, попадает в другие световые и тепловые условия, чем та, что начинает вегетировать в апреле. При ранней вегетации растения озимых культур длительное время развиваются в условиях короткого светового дня и прохладной погоды.
В это время солнце находится относительно низко над горизонтом, поэтому преобладают длинноволновые оранжево-красные лучи и слабая солнечная радиация. По поздней вегетации озимые развивается в условиях длинного светового дня, когда солнце стоит высоко над горизонтом, и преобладает ультрафиолетовое излучение и быстрое повышение температур.
Годы с ранней вегетации растений благоприятные для развития культуры, поскольку быстрее происходят процессы регенерации утраченных зимой органов, улучшает их взаемозатенения. При таких условиях формируется повышенный урожай зерна, однако в нем образуется недостаточно белков, особенно клейковинной группы.
В годы с поздним восстановлением вегетации озимые недостаточно укореняется и кустится, поврежденные зимой растения озимых культур не всегда выживают. А те, что выжили в условиях длинного светового дня, быстро переходят в фазу колошения, вырастают низкорослыми, накапливают недостаточно биомассы и формируют низкий урожай зерна, однако с высоким содержанием белков, в частности клейковинных.
Состояние озимых культур в зависимости от сроков их весенней вегетации, следует учитывать при уходе за посевами в весенне-летний период. Если посевы озимых культур с осени взошли недружно, недостаточно розкущились или развивались нормально, а сжижение примерно половины из них произошло из-за неблагоприятных условий суровой зимы, в результате чего время весенней вегетации наступил поздно — озимые пересевают яровыми культурами, а в годы с ранним ВВВВ — подкармливают азотными удобрениями и оставляют для формирования урожая.
На основании данных многолетних исследований, проведенных в различных зонах Украины, разработаны и предложены для внедрения в практику рекомендации по пересеву слабых озимых культур в различных зонах с учетом количества нерозкущенных растений на 1 м 2 и наступления ВВВВ (см. табл.).
В зависимости от наступления ВВВВ вносят определенные коррективы в систему ухода за посевами озимой пшеницы.
В годы с поздним ВВВВ не следует применять на посевах сорта озимой пшеницы, склонные к полеганию, препарат ТУР даже на фоне азотной подкормки. В таком случае его применение целесообразно лишь при условии достаточной влажности на посевах озимых, которые нормально перезимовали и, конечно, при раннем ВВВВ.
Весенние азотные подкормки на II-III этапах органогенеза эффективны на посевах озимой пшеницы с поздним ВВВВ при внесении повышенных норм азота, который усиливает кущение. На посевах с ранним ВВВВ озимые подпитывают меньшими нормами азота или совсем не используют их в зависимости от состояния растений.
Наконец подчеркиваем, что своевременные и качественные мониторинг и диагностика состояния посевов озимых зерновых культур являются залогом снижения рисков потерь средств и хозяйственных убытков при критической перезимовке растений и предпосылке планирования дальнейших сельскохозяйственных операций.
Для предотвращения вымокания растений озимых культур проводят открытый и закрытый дренаж, делают дренажные колодцы. Кроме того, это можно предотвратить посевом культуры в оптимальные сроки, чтобы не допустить перерастания растений. Применяют также гребневые посевы, а осенью обеспечивают растения озимых культур фосфорно-калийными удобрениями в достаточном количестве.
С. Авраменко, канд. с.-х. наук, ведущий науч. сотрудник,
С. Попов, д-р с.-х. наук, профессор,
Н. Рябчун, д-р с.-х. наук, ведущий науч. сотрудник,
Н. Кузьменко, канд. с.-х. наук, ст. науч. сотрудник,
Институт растениеводства им. В. Я. Юрьева НААНУ
Информация для цитирования
Определяем зимостойкость озимых зерновых/ С. Авраменко, С. Попов, Н. Рябчук, Н. Кузьменко // Пропозиция. — 2016. — № 12. — С. 52-57
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 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.
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.
Было установлено, что закалка растений озимых зерновых культур происходит в две фазы:
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.
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.
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.
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.
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.
Читайте также: