Физиологические основы зимостойкости озимых зерновых культур

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Озимые культуры - важный резерв увеличения производства зерна

Особенности возделывания озимых культур

На долю озимых культур приходится около 38,5% всего валового сбора зерна, такой удельный вес их в зерновом балансе страны недостаточен. Повышение урожайности и расширение посевных площадей этих культур – важные резервы увеличения производства зерна.

Зимостойкость, морозостойкость

В зимний и ранневесенний периоды озимые хлеба часто подвергаются различным неблагоприятным внешним воздействиям, которые приводят к частичному 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 зимнего и ранневесеннего периодов (выпревание, вымокание и др.).

Морозостойкость - способность озимых культур выдерживать длительное воздействие отрицательных температур в зимний период. Способность растений выдерживать низкие положительные температуры называют холодостойкостью .

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 в узлах кущения и влагалищах листьев. Быстрее проходит вторую фазу закалки озимая рожь, медленнее – озимый ячмень.

Закаливание озимых культур лучше протекает в ясные дни, чередующиеся с умеренно морозными ночами. Для прохождения первой фазы закалки требуется – 12-14 дней, а для полной закалки – 21-24 дня. Озимые хлеба после закалки становятся более зимостойкими и способны переносить морозы до …-18…-20°С в зоне узла кущения, а также меньше реагируют на другие неблагоприятные климатические факторы.

Лучшей закалке озимых способствуют посев в оптимальные сроки, достаточная обеспеченность растений фосфором и калием.

Изреживание и гибель озимых культур

Эти явления могут быть вызваны осенней засухой, слабой закалкой поздних всходов, сильными морозами в малоснежные зимы, резкими колебаниями температур, мощным снежным покровом, застоем воды на поверхности почвы. Часто гибель наступает от совместного действия нескольких факторов.

Главные причины изреживания и гибели посевов озимых культур – это вымерзание, выпревание, вымокание, выпирание, ледяные корки.

Вымерзание – одна из наиболее распространенных и частых причин повреждения и гибели озимых в районах Черноземной зоны, в юго-восточных районах Нечерноземной зоны РФ. Основной фактор гибели или повреждения посевов озимых – действие низких температур. В это время в межклеточных пространствах тканей растений образуются кристаллы льда, которые оказывают на протоплазму механическое давление. Обезвоженная протоплазма повреждается и теряет непроницаемость. У растений, поврежденных морозами, листья желтеют, узел кущения становится дряблым, размочаленным, буреет, корни также буреют и теряют тургор. В бесснежье иногда озимые вымерзают от резких колебаний температур (днем – положительные, ночью – отрицательные).

Иногда в южных районах нашей страны 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.

Наибольшей морозостойкостью отличается озимая рожь. Она выдерживает морозы …-20°С и наиболее на глубине узла кущения, озимая пшеница и тритикале – до …-18°С, а озимый ячмень – до …-12°С. Более низкие температуры могут быть губительными для этих культур.

Для предохранения озимых от вымерзания важное значение имеют тщательная и своевременная подготовка почвы к посеву, применение фосфорно-калийных удобрений, если обеспеченность почвы этими элементами средняя и ниже средней, использование морозостойких сортов, более глубокая заделка семян, снегозадержание. Снег обладает малой теплопроводностью и хорошо защищает озимые от чрезмерно низких температур. Например, температура почвы на глубине узла кущения (2см) при морозе …-32…-33°С и отсутствии снежного покрова была - …-20…-22С, при снежном покрове высотой 15см - …-7…-11°С, а высотой 50см – всего лишь - …-2…-3°С. Снегозадержание – эффективный прием предотвращения гибели озимых от вымерзания, кроме того, это дает возможность накопить влагу на посевах озимых.

Выпревание озимых культур происходит вследствие мощного развития при продолжительной теплой осени и выпадения снега на талую почву. Длительное время находясь под толстым снежным покровом, растения истощаются и гибнут, так как накопленные питательные вещества расходуются на дыхание, а пополнения углеводов 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 и тритикале в большей степени подвергаются выпреванию, чем озимая пшеница. Для предотвращения гибели озимых от выпревания 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 задерживается вода. Растения в этом случае гибнут от недостатка кислорода. Вымокание может происходить как осенью, так и весной.

Переувлажнение почвы осенью задерживает рост растений и приводит к отмиранию нижних, а затем и верхних листьев. От вымокания больше страдают растения с мощно развитой вегетативной массой. В районах Нечерноземной зоны РФ во время оттепелей снег тает, что приводит к длительному застою воды на посевах озимых культур, особенно в пониженных местах. Нередко оттепели сменяются морозами, образуется ледяная корка, что также приводит к гибели посевов.

Для предупреждения вымокания необходимо проводить тщательное предпосевное выравнивание почвы, отводить скапливающуюся воду, применять гребневые посевы.

Выпирание озимых культур происходит из-за образования ледяных линз зимой или весной при переменном замерзании и оттаивании почвы, вследствие чего происходит разрыв корней. При таянии линз почва оседает, и узел кущения обнажается. Выпирание наблюдается в Нечерноземной и Центрально-Черноземной зонах, на Северном Кавказе, в районах Поволжья и других областях с резкими колебаниями температур в ранневесенний период.

Для того чтобы избежать выпирания, необходимо проводить своевременную основную и предпосевную обработку почвы, более глубоко высевать семена, прикатывать почву до и после посева, использовать сорта с глубоким залеганием узла кущения, обрабатывать семена ретардантами.

В опытах кафедры растениеводства РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева при предпосевной обработке семян озимой пшеницы ЦеЦеЦе 460 зимостойкость озимой пшеницы повышалась вследствие более глубокого (на 1-2см) залегания узла кущения и лучшего развития корневой системы, перезимовка растений озимой пшеницы возрастала на 10-20%, а урожайность – на 0,35-0,4т/га. Обработка семян ретардантами дает положительные результаты только при ранних и оптимальных сроках посева, на поздних посевах этот прием неэффективен.

Озимые, подвергшиеся выпиранию, бороновать нельзя, такие посевы лучше прикатать весной кольчатыми или зубчатыми катками. Это даст возможность прижать обнаженные узлы кущения во влажную почву, благодаря чему ускоряется образование новых узловых корешков, и растения быстрее трогаются в рост.

Ледяные корки нередко являются причиной повреждения или гибели озимых. Различают ледяные корки притертые и висячие. Наиболее опасна притертая корка. Она появляется, 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. Висячая корка может образовываться, когда снег тает сверху и замерзает. Растения подвергаются механическим повреждениям, прекращается доступ воздуха к ним, нарушается газообмен, все это приводит к изреживанию или гибели. Ледяная корка наиболее часто наблюдается в районах юго-востока, в Центрально-Черноземной зоне.

Наиболее эффективные средства защиты растений от ледяных корок – щелевание, снегозадержание, рассев минеральных удобрений, золы, торфяной крошки на посевах с притертой коркой.

Снежная плесень и склеротиниоз поражают растения озимых, ослабленные в результате выпревания, вымокания и других неблагоприятных условий. Для борьбы с этими болезнями необходимо проводить предпосевное протравливание семян, внедрять устойчивые сорта.

Выдувание часто наблюдается в сухую осень или весной преимущественно на бесструктурных почвах, в открытых безлесных местах – в степной части Поволжья, на Северном Кавказе. 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 10см и более. Растения, оказавшиеся под таким слоем почвы, 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.

Контроль за ходом перезимовки

Для быстрого определения состояния озимых П. А. Власюк и М. А. Гурилева предложили новый метод, основанный на окрашивании срезов конуса роста раствором кислого фуксина. Под действием фуксина отмершие части становятся красно-розовыми, а неповрежденный конус нарастания не окрашивается.

В последнее время наибольшее распространение получил 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 – 1-1,5см от узла кущения, а корни обрезают полностью. Такие растения помещают в сосуд на увлажненную фильтровальную бумагу, вату или марлю, накрывают крышкой и оставляют на 12-24ч при температуре – 24-26°С. Хорошо сохранившиеся растения дают прирост стебля до 10мм, ослабленные – 3-5мм. Затем подсчитываю живые, ослабленные и отмершие растения, и определяют густоту растений на 1м 2 . К сильноизреженным относят посевы, где на 1м 2 насчитывается не более 100-120 здоровых растений, к среднеизреженным – 130-200 растений, к слабоизреженным посевам относят те, где выпадание 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 среднеизреженные посевы ремонтируют, подсевая яровые зерновые культуры (ячмень, пшеницу).

Окончательную оценку состояния озимых проводят ранней весной при инвентаризации, когда посевы уже тронулись в рост и живые растения можно легко отличить от погибших. Подсчитывают густоту живых растений и решают вопрос о пересеве или подсеве, намечают меры по уходу за озимыми.

Причины гибели и повреждения озимых культур в разные годы различные. Уже несколько лет подряд погода не балует аграриев. Однако, как показывает опыт, ситуация в любой период года может кардинально измениться в лучшую или худшую сторону. Факторов, которые могут негативно повлиять на озимые зерновые культуры во второй половине зимы и в ранний весенний период, более чем достаточно. Более важно другое — как помочь озимым выйти из зимы с минимальными потерями?

Условия ухода посевов озимых в зиму — это только первый, известный этап зимовки, за которым следует второй этап с непредсказуемой погодой в зимние месяцы. Точку ставит завершающий — весенний этап процесса перезимовки, который определяется условиями выхода растений из зимнего покоя. В конце зимы и начале зимы очень важно понимать, как помочь озимым выйти из зимы с минимальными потерями.

Благополучие узла кущения у озимых зерновых дает им возможность пережить морозы и возобновить весенний рост и развитие, поскольку именно в нем сохраняются энергетические ресурсы растения в зимний период и располагается орган побегообразования. Осенью в узле кущения и листьях накапливается большое количество запасных пластических веществ, преимущественно сахаров. На хорошо развитых посевах озимой пшеницы в декабре в узлах кущения содержание растворимых сахаров достигает 40%, которые в дальнейшем расходуются неравномерно, в зависимости от глубины и непрерывности зимнего покоя.

В среднем за каждые 10 дней содержание в растении сахаров снижается на 2%, а в период оттепелей может упасть более значительно, но также способно вновь увеличиться при снижении температуры. На момент возобновления вегетации весной нормальное содержание сахаров составляет 18%.

Исходя из этого, современные ученые выделяют не 2, а 3 фазы закаливания озимых культур, ориентируясь на биохимические изменения. Стоит обращать внимание не только на динамику накопления сахаров в клеточном соке, но и на накопление растворимого белкового азота, свободных аминокислот, липидов, аскорбиновой, аспарагиновой и глютеиновой кислот. Замечено, что морозостойкие сорта характеризуются более высоким отношением содержания сахара к белковому азоту.

Создать благоприятные биохимические изменения в зимующих растениях помогает их сбалансированное минеральное питание с осени. Сбалансированное фосфорно-калийное питание озимых с осени — самый простой способ помощи растениям в подготовке к зиме.

Обеспечение сбалансированного фосфорно-калийного питания озимых в осенний период можно считать самым простым способом помощи в подготовке к зиме. Осенний недостаток калия у озимых нарушает углеводный обмен растений, являясь причиной интенсивного использования запасов углеводов, а дефицит фосфора нарушает синтез сахарозы. Внесение осенью избыточного количества азота, наоборот — снижает зимостойкость растений. Поэтому калийные удобрения в сочетании с требуемым уровнем азотно-фосфорного питания увеличивают содержание минерального кислоторастворимого фосфора в первую фазу закаливания в листьях, а во вторую фазу — в узлах кущения. Сера необходима озимым для укрепления корневой системы и снижения отрицательного влияния на зимостойкость избытка азота. Используемые в предпосевную обработку семян медь, различные виды кислот и биологически активные вещества значительно повышают шанс благоприятной перезимовки.

Причины плохой перезимовки

Плохая перезимовка может быть обусловлена самыми разными причинами:

слабой закалкой поздних всходов;
сильными морозами в малоснежные зимы;
резкими колебаниями температур;
обильными снегопадами и мощным снеговым покровом, долго не тающим весной;
застоем на поверхности почвы воды;
ледяными корками;
выпиранием и разрывом узлов кущения на тяжелых почвах;
механическими повреждениями;
грибными болезнями.

Рассмотрим возможные причины плохой перезимовки более подробно.

Вымерзание озимых

Озимые культуры могут вымерзать при отсутствии или недостаточном количестве снега, в результате чего в сильный мороз растения повреждаются и могут погибнуть. Критическая температура вымерзания злаковых культур во многом зависит от степени кущения всходов. Нормой кущения озимых зерновых считается от 3 до 5 побегов на растении. Следует помнить, что критическая температура вымерзания для ослабленных и переросших растений должна быть ниже по абсолютной величине на 1-3 °С (табл.).

Таблица. Критическое снижение температуры, ведущее к вымерзанию озимых (при минимальной t почвы на глубине узла кущения в течение 2-3 суток)

Фаза вегетации	Температура, °С
После прекращения вегетации осенью	– 6-8
После прохождения первой фазы закалки	– 12-14
После прохождения второй фазы закалки	– 16-18
В середине зимы	– 17-22
В конце зимы	– 12-14
При возобновлении вегетации	– 6-8

Процесс вымерзания у озимых растений выглядит следующим образом. Если после оттепели резко ударит сильный мороз, то происходит обезвоживание протоплазмы, а в межклеточных пространствах замерзает свободная вода с образованием кристалликов льда, которые разрушают ткани ростков изнутри.

Что делать? Для борьбы с вымерзанием следует сеять зимостойкие сорта, приспособленные к условиям нашей республики, организовывать задержание снега на полях (кулисные посевы, сохранять лесозащитные полосы).

Выпревание растений

Процесс выпревания озимых происходит при продолжительном периоде (более 2-х месяцев) нахождения всходов под толстым слоем снега (более 30 см) и при температуре слабо промерзшего грунта на глубине узла кущения около 0 °C. Это возможно в случае выпадения снега мощным слоем на еще не промерзшую почву, когда озимые еще не подготовились к зимовке и продолжают расти, интенсивно дышать, быстро расходуя запасные вещества.

Выпревание также происходит, если на посевах озимых образуется подвесная прозрачная ледяная корка, под которой повышается температура. В этих условиях под влиянием света растения также возобновляют свою жизнедеятельность.

В таких условиях озимые более интенсивно расходуют запас питательных веществ, поскольку продолжают процесс вегетации и ближе к весне значительно истощают свои жизненные ресурсы. Иммунная система растений ослабевает, так как без доступа света фотосинтез не происходит. Таким образом, при выпревании озимые гибнут от истощения вследствие недостатка света под снегом. Сначала расходуются углеводы, затем происходит распад белков. Обессиленные всходы подвергаются различным инфекциям, болезням (снежной плесени) и могут погибнуть. При выходе из-под снега они оказываются побуревшими и дряблыми. При слабой закалке растений гибель от выпревания усиливается.

Пересев культур в случае гибели озимого рапса

Что делать? Для противодействия выпреванию следует избегать ранних и загущенных посевов, а также избыточного азотного удобрения. При выпадении раннего снега на ещ не замерзшую землю целесообразно проводить уплотнение снежного покрова с помощью катков, мульчирование лежащего снега материалами с темной окраской. При чрезмерной толщине снежного покрова в конце зимы таяние оледеневшего снега ускоряют путем рыхления, разбрасывания золы, минеральных удобрений, почвы.

Вымокание посевов

Следует знать, что при повышении температуры воды процесс гибели посевов значительно ускоряется. Так, рост температуры воды на 5 °C приводит к гибели всех растений через 25 дней. Вымокание отмечается не только в понижениях, но и на суглинистых, слабопроницаемых почвах, где ранней весной скапливается вода. Застой воды вызывает гибель озимых вследствие нарушения дыхания (повышенного расхода сахаров для поддержания жизни в анаэробных условиях). Растения через 7-10 дней желтеют (распад хлорофилла), а через 15 дней полностью обесцвечиваются и гибнут.

Что делать? Следует еще с осени принять меры для отвода с полей избыточной воды с помощью сточных борозд и вертикального дренажа. Сеять устойчивые к вымоканию сорта. Известно, что озимая рожь более чувствительна к затоплению, чем озимая пшеница.

При выпревании и вымокании ослабленные растения сильно поражаются снежной плесенью и склеротиниозом, поэтому обязательно протравливайте семена перед посевом. Для повышения устойчивости к морозу слабоустойчивых видов и сортов озимых необходимо проводить агроприемы, повышающие устойчивость растений к неблагоприятным факторам перезимовки:

соблюдать оптимальные сроки сева;
оддерживать хорошую структуру почвы для создания благоприятного водного, воздушного и теплового режимов;
проводить снегозадержание;
создавать с осени оптимальные условия питания.

Своевременное известкование кислых почв также повышает зимостойкость культур за счет улучшения ионного баланса в органах растений.

Выпирание всходов озимых

Процесс выпирания всходов происходит зимой или весной при попеременном оттаивании в кратковременную оттепель и последующего замерзания поверхности почвы. В результате этого почва оседает (уплотняется), что может вызвать разрывы корневой системы растений. При этом узел кущения на всходах оголяется, из-за чего озимые могут погибнуть.

Как правило, выпирание происходит на тяжелых, бесструктурных, взрыхленных и неосевших почвах. Выпиранию подвержены растения с неглубоким размещением узла кущения, а также недоразвитые растения, имеющие только зародышевые корни. Выпирание особенно вредно при последующих сильных морозах без снежного покрова.

Что делать? Из мер борьбы с этим негативным явлением хорошие результаты обеспечивает посев семян на оптимальную глубину по осевшей почве. Важна современная обработка почвы, применение прикатывания и использование комбинированных почвообрабатывающих агрегатов. Своевременное весеннее прикатывание посевов кольчатыми или зубчатыми катками дает возможность прижать обнаженные узлы кущения к еще влажной почве. Бороновать такие посевы нельзя.

Образование ледяной корки

Ледяная корка на поверхности почвы нарушает процесс воздухообмена у озимых культур и приводит к механическому повреждению растений. Как правило, она образуется при резких колебаниях температуры воздуха, недостатке снежного покрова, неоднократном оттаивании и замерзании на поверхности почвы талой воды.

Наибольший вред растениям наносит ледяная корка толщиной более 3 см, которая больше месяца лежит на полях и наносит растениям механические повреждения.

Ледяные корки могут быть прозрачными или мутными, притертыми или висячими. Наиболее опасна притертая прозрачная корка, которая образуется при оттепелях (снег сходит, а вода с наступлением морозов замерзает). В зависимости от глубины оттаивания почвы образовавшийся лед или плотно притирается к почве, или сковывает почву на глубину оттаивания. В этих случаях озимые оказываются вмерзшими в лед.

Не менее опасна притертая ледяная корка, появляющаяся в конце зимы, когда устойчивость озимых резко снижается. Значительно меньший вред наносит корка, находящаяся на поверхности промерзшей почвы, но не захватывающая узлы кущения растений. Висячая ледяная корка появляется вследствие замерзания на поверхности почвы воды, скопившейся после оттепели. Если почва талая, вода под льдом впитывается и между образовавшейся коркой и почвой остается свободное пространство. Однако с наступлением оттепелей жизнедеятельность растений под коркой усиливается, от чего возрастает опасность их повреждения при выпревании и вымокании.

Что делать? Прозрачные висячие корки целесообразно разрушать сплошь или полосами для охлаждения почвы. В борьбе с притертыми ледяными корками применяют снегозадержание и сточные борозды. В конце зимы для ускорения таяния притертой корки поверхность посыпают золой, калийной солью, почвой или торфяной крошкой.

Спасаем озимые от заморозков и недостатка влаги — советы фитопатолога

Недостаток влаги в весенний период

Для озимых зерновых культур весенняя засуха является наиболее опасной. Чтобы противостоять ей, необходимо применять ряд мелиоративных и агротехнических мероприятий, среди которых наиболее эффективным является глубокое рыхление почвы. Для уменьшения испарения бесценной весенней влаги следует не допускать образования почвенной корки. Хорошую защиту создает сев устойчивых к засухе сортов озимых зерновых. Из мелиоративных мер борьбы с весенней засухой важное значение имеет сохранение и расширение лесных массивов, расположенных рядом с сельхозугодьями. Основное средство защиты от весенней засухи — мероприятия по задержанию снега на полях.

Суть работ Василия Дмитриевича Мединца сводится к простейшей зависимости: чем позже пшеница возобновит весеннюю вегетацию, тем выше вероятность ее пересева. Формула чрезвычайно проста, действенна и позволяет подготовиться к пересеву заблаговременно, но назвать ее общепринятой нельзя. Все же отечественная наука слишком инерционна. Молодых агрономов закону ВВВВ не учат, хотя он был обнародован еще в 1968 г. 14 января 2014 г. Василию Дмитриевичу исполнилось 90. В честь этого выдающегося события он, не долго думая, подготовил для нас публикацию, благодаря которой каждый агроном может стать чуть-чуть Нострадамусом. А может, уже стал, если ознакомился с работами В. Д. Мединца раньше

Озимые зерновые культуры: пшеница, рожь, ячмень – главный хлеб планеты. Их перезимовка вызывает беспокойство и тревогу не только аграриев, а и многих людей: будем ли с хлебом в данном году?

Что же дали указанные тысячи научных исследований? Скажем прямо: дали немало. Сформулированы физиологические основы морозозимостойкости растений; найдены гены зимостойкости; созданы высокозимостойкие сорта, позволившие расширить ареал возделывания зерновых злаков; изучена роль агротехнических приемов в обеспечении их перезимовки; найдены способы диагностики, методы оценки зимостойкости сортов и отбора генотипов в селекции; разработаны эффективные технологии и многое другое.

Физиологические основы морозозимостойкости растений практически исчерпываются теорией закаливания И. Туманова. Закалка озимых проходит в две фазы: первая фаза на свету перед вхождением в зимний покой при температуре немного выше 0С продолжительностью не менее 15 дней, вторая фаза – в начале зимовки независимо от света при температуре от -2 до -6С в течение 5 дней. В первой фазе в растениях накапливаются сахара (от 13 до 16,7?%), во второй фазе происходит обезвоживание клеток и повышается устойчивость коллоидов плазмы. Лучшие условия для закалки: в первой фазе – ясная непасмурная погода, во второй фазе – постепенное снижение температуры воздуха.

Вот как оценивают видные ученые состояние наших знаний о перезимовке озимых хлебов во временной последовательности:

Таким образом, проделан колоссальный поиск, но природа зимостойкости, то, что объясняет выживаемость растений в годы массовой их гибели в полевых условиях, остается невыясненной. Забегая наперед, скажу: просто не там искали. Копали глубоко, а ответ лежал на поверхности.

Не буду утомлять читателя и скажу сразу: один из факторов, ответственных за перезимовку посевов, более могущественный, чем осенняя закалка, не названный ни в одном из упомянутых выше десятков тысяч научных исследований, уже найден. Но кое?кому он не нравится. Этот фактор – время возобновления весенней вегетации (ВВВВ) растений. Ранняя вегетация – комфорт для посевов, благоприятные условия для восстановления поврежденных в зимнее время растений, высокая урожайность. Поздняя вегетация – стрессовый год, гибель поврежденных в зимнее время растений, низкая урожайность. Безусловным доказательством этого является тот факт, что все без исключения 26 лет гибели озимых посевов в XX столетии, названные в начале статьи, отличались поздним ВВВВ (в апреле)!

При позднем возобновлении вегетации посевы гибли в годы как с суровыми зимами (1907, 1956, 1960, 1977, 2003), так и с умеренными и мягкими зимами (1897, 1904, 1928, 1963, 1964, 1980, 2000), при плохой и при хорошей осенней закалке. С другой стороны, при ранней вегетации даже в годы с суровыми зимами пересевы были незначительными. Так, в 1976/1977 вегетационном году зимние морозы в Полтаве достигали в воздухе -27С при толщине снегового покрова 11?см (для сохранности растений необходимы 29?см), кроме того, залегала ледяная корка, но вегетация возобновилась рано. В области планировали пересеять 150 тыс. га, фактически пересеяли 61,1 тыс. га из?за нарушений агротехники. В 1980 году зима была очень мягкой, но вегетация возобновилась поздно – 11 апреля. Пересевать вообще не собирались, однако погибло и было пересеяно 98 тыс. га.

Осенняя закалка, безусловно, повышает морозозимостойкость растений, снижая критическую температуру вымерзания, но этого бывает недостаточно для сохранения посевов в стрессовые годы, то есть с поздним ВВВВ (табл. 1).

Осенью 1927 года озимая пшеница и рожь ушли в зиму в удовлетворительном и хорошем состоянии. Зима была умеренно холодной, местами теплой, без оттепелей, повсеместное взятие монолитов зимой и в марте не показывало повреждений. Монолиты, взятые 1 апреля на Сумской опытной станции и на Красноармейском опытном поле, отрастали хорошо. К пересеву не готовились, но произошло непоправимое: на обширной территории (Украина, ЦЧО, Поволжье, Дон, Северный Кавказ) озимые погибли на площади 16 млн га. Из-за позднего пересева урожай яровых зерновых был плохим.

О катастрофической гибели озимых 1928 года написано немало научных работ (Кулешов, 1929; Воробьев, 1930; Мортенсен, 1930). Всесоюзное совещание специалистов, состоявшееся в Харькове, причину загадочной гибели не установило. Решили: комплекс факторов, разный в разных местах. Никто не обратил внимания на то, что весенняя вегетация в том году возобновилась очень поздно, в Харькове 19?23 апреля, а отрастание растений происходило на длинном дне при повышенной температуре – уровень научных знаний того времени не позволял связать гибель посевов с повсеместной значительной задержкой вегетации.

С. Воробьев пытался связать гибель озимых с наличием и высотой снежного покрова на полях, собрал обширные данные о влиянии снегозадержания, показал это на картограмме Украины. Оказалось, что в Степи Украины, где снега было мало, снегозадержание не отразилось на гибели озимых, а в Лесостепи и Полесье задержанный на полях снег не уменьшил, а увеличил гибель озимых и снизил урожай. Это тоже было загадкой, непосильной для тогдашней науки. И только в 1968 году была установлена истинная причина (позднее ВВВВ на этой огромной территории), подтвержденная экспериментально. А упомянутое снегозадержание на полях только задерживало начало вегетации, поэтому сказалось отрицательно.

Катастрофическая гибель озимых посевов 2003 года также произошла при поздней вегетации. Растения ушли в зиму в нормально развитом состоянии, приобрели хорошую закалку, но пострадали от декабрьских морозов. По данным отращивания январских монолитов, гибель растений в Полтавской области была небольшая. Монолиты, взятые в марте, показали гибель в большинстве районов Полтавской области 40?%, в некоторых местах 20?% (Гадяч) и меньше (Лубны, Оржица). На областном совещании 29 марта озвучены надежды на то, что половина озимых посевов сохранится. Наш прогноз состоял в том, что в связи с тем, что зима затягивается, надо быть готовым к большей гибели, до 90?% площадей озимых.

Влияние ВВВВ на завершение перезимовки озимых культур наблюдается не только в Украине, но на всей европейской территории бывшего Союза. Так, например, на Михайловском сортоучастке Волгоградской области за 20?летний период (1950?1970 гг.) озимая пшеница при раннем и среднем ВВВВ погибла только один раз, от засухи 1954 года. За это время было 7 лет с поздним ВВВВ, из них в течение четырех лет (1953, 1956, 1963, 1969) пшеница погибла полностью, в 1950 году получили урожай зерна 4,3 ц?/?га, соломы 12,3 ц?/?га, и только в 1964 и 1965 годах наблюдалась неполная гибель растений.

Причина гибели как поврежденных, так частично и неповрежденных в зимний период растений состоит в том, что в годы с очень поздним ВВВВ (для Полтавы 10?26.04) переход от зимнего покоя к активной жизнедеятельности происходит при высокой (+10С и выше) стремительно нарастающей среднесуточной температуре, на длинном дне, при преобладании в солнечном спектре сине-фиолетовых лучей высоких энергий (табл. 2), крайне неблагоприятных для регенерации и адаптации растений. На их развитие оказывает влияние не календарная дата ВВВВ, а напряжение солнечной радиации высокого или низкого Солнца, являющееся для растений стартовым в день начала вегетации.

Объяснение различного влияния закалки и ВВВВ на полевую перезимовку растений мы выводим из общей теории стрессов живых организмов, предусматривающей фазы вхождения в стрессовую ситуацию, действия вредного агента (блокирование синтетических реакций) и выхода из стрессовой ситуации – как частей единого процесса. У зимующих растений это соответствует фазам закаливания как консервативного свойства ритма развития, органического зимнего покоя и выхода из зимнего покоя со свойственной генотипу яровизационной потребностью и адаптивностью. Последняя фаза является наиболее критической из всех критических фаз развития зимующих травянистых растений. У них, в отличие от древесных растений, непродолжительный органический покой сменяется вынужденным зимним покоем, продолжительность которого зависит от времени возобновления весенней вегетации, а выживаемость растений – от напряженности солнечной световой и тепловой энергии, определяемой тем же временем возобновления весенней вегетации.

Изложенное дает основание для уточнения и пересмотра современных представлений о причинах зимней гибели озимой пшеницы. Мы считаем, что такие стрессоры, как вымерзание, выпревание, ледяная корка, правильнее называть причинами не гибели, а повреждения растений, а истинной причиной гибели считать позднее возобновление весенней вегетации, потому что только в этом случае происходит полевая гибель растений на обширных территориях.

Определение понятия зимостойкости нуждается в конкретизации. Для селекционных целей предлагается определять зимостойкость озимой пшеницы как свойство генотипа приобретать закалку при входе в зимний покой, иметь повышенную яровизационную потребность, противостоять зимним стрессорам, адаптироваться к стрессовым условиям выхода из зимнего покоя в годы с поздним возобновлением весенней вегетации растений.

Отбрасывание – нормальная судьба всех научных открытий, потому что открытие – это коренная ломка старых научных представлений, в отличие от изобретения, преимущества которого очевидны сразу (например, мобильный телефон, способ посадки на Луну Кондратюка и т.д.).

Но прошли годы, и новые знания об экологическом эффекте ВВВВ заполонили вузовские учебники и учебные пособия Украины и России по растениеводству (Бугай, 1978; Вавилов, 1986; Губанов, 1988; Коренев, 1988; Беляков, 1989; Коренев и др., 1990; Зинченко и др., 2001), по интенсивной технологии (Храмцов, 1980; Никитин, 1987; Ковырялов, 1986, 1989; Билоножко и др., 1995), по программированию урожайности (Муха и др., 1985), по частной генетике (Чекалин и др., 2008), проникли в энтомологию, фитопатологию, дендрологию. Однако в учебниках по физиологии растений вы об этом не найдете ни слова. Вероятно, потому, что физиологи мало связаны с жизнью растений в поле, поэтому для осознания практической важности проблемы им оказалось недостаточно полстолетия.

А это значит, что выпускники аграрных вузов не получают фундаментальных знаний об истинных причинах полевой гибели озимых посевов, в то время как практики давно применяют наши рекомендации. На теоретическом фундаменте экологического эффекта ВВВВ созданы оригинальные способы, алгоритмы, технологии в растениеводстве и селекции. Вопреки упомянутой неуверенности И. Туманова, наибольшие сдвиги сделаны как раз в науке о зимостойкости растений и практике пересевов пострадавших полей. С учетом ВВВВ созданы способы ранневесенней диагностики состояния посевов, методы оценки зимостойкости сортов и отбора генотипов в селекции, ряд способов, позволяющих определить целесообразность пересева пострадавших посевов озимых зерновых культур. Приводим один из таких способов (см. рис.), заслуживающий помещения в соответствующие учебники для аграрных вузов и колледжей и широкого использования в практике.

Василий Мединец,
доктор сельскохозяйственных наук
Полтавская государственная аграрная академия

Очень часто состояние озимых колосовых культур в момент ухода в зимовку вызывает опасения в возможности ее благополучного перенесения. Устойчивость растений зависит от образования при заморозках льда в клетках и межклеточниках растений.

Если лед не образуется, то вероятность восстановления растением нормального течения функций возрастает.

Морозоустойчивость — способность растений переносить низкие отрицательные температуры. Постепенное снижение температуры со скоростью 0,5–1°С/ч приводит к образованию кристаллов льда прежде всего в межклетниках и первоначально не вызывает гибели клеток. Однако последствия этого процесса могут быть губительными для клетки. Убитые морозом растения после оттаивания теряют тургор, из их мясистых тканей вытекает вода.

Условия и причины вымерзания растений. Образующийся при медленном промерзании в межклеточниках и клеточных стенках лед оттягивает воду из клеток; клеточный сок становится концентрированным, изменяется рН среды. Выкристаллизовавшийся лед действует как сухой воздух, иссушая клетки и сильно изменяя их осмотические свойства.

Последствия воздействия низких отрицательных температур зависят от оводненности тканей растения.

Насыщенные водой ткани легко повреждаются, сухие же семена могут выносить глубокие низкие температуры (до –196°С).

Действие льда, особенно при длительном влиянии низких температур, сходно с обезвоживанием клеток при засухе. На степень морозоустойчивости растений большое влияние оказывают сахара, регуляторы роста и другие вещества, образующиеся в клетках. В зимующих растениях в цитоплазме накапливаются сахара, а содержание крахмала снижается.

Влияние сахаров на повышение морозоустойчивости растений многосторонне. Накопление сахаров предохраняет от замерзания большой объем внутриклеточной воды, заметно уменьшает количество образующегося льда. Сахара защищают белковые соединения от коагуляции при вымораживании. В результате накопления сахаров содержание прочносвязанной воды увеличивается, а свободной уменьшается.

Закаливание — это обратимая физиологическая устойчивость к неблагоприятным воздействиям среды. Эффект закаливания может не проявиться, если по каким-либо причинам (засуха, поздний посев и др.) произошла задержка развития растений. Одновременно при закалке должен произойти отток различных веществ из надземных органов в подземные зимующие (корневые системы, корневища, луковицы, клубни). По этой же причине процесс закалки у травянистых растений ухудшает избыточное азотное питание, удлиняющее период роста до поздней осени, в результате растения не способны пройти процессы закаливания и гибнут даже при небольших морозах.

В естественных условиях к закаливанию способен лишь организм в целом, при обязательном наличии корневой системы. В корнях вырабатываются вещества, повышающие устойчивость растения к морозу.

При переходе в состояние покоя изменяется баланс фитогормонов: уменьшается содержание ауксина и гиббереллинов и увеличивается содержание абсцизовой кислоты, которая, ослабляя и ингибируя ростовые процессы, обусловливает наступление периода покоя.

Поэтому обработка растений озимой пшеницы в этот период ингибиторами роста надземной массы повышает устойчивость растений к низким температурам. Первая фаза закаливания проходит на свету и при низких положительных температурах в ночное время (днем около 10°С, ночью около 2°С), останавливающих рост, и умеренной влажности почвы. Озимые злаки проходят первую фазу на свету при среднесуточной температуре 0,5–2°С за 6–9 дней. В эту фазу продолжается дальнейшее замедление и даже происходит полная остановка ростовых процессов.

В таких условиях за счет фотосинтеза образуются сахара, а понижение температуры в ночное время значительно снижает их расход на дыхание и процессы роста.

За это время количество сахаров в растениях возрастает до 70% на сухую массу, или до 22% на сырую массу — т.е. близко к количеству сахаров в корнеплодах лучших гибридов сахарной свеклы.

Повышение содержания сахаров в хлоропластах коррелирует с морозоустойчивостью растений.

У хорошо закаленных растений благодаря высокой концентрации клеточного сока, пониженному содержанию воды образуется значительно меньше кристаллов льда, причем не в клетке, а в межклеточниках. Такие растения погибают только при очень сильных морозах. При закаливании происходят обратимые физиологические изменения. При неустойчивой осенней и зимней погоде приобретенная в процессе закалки морозоустойчивость снижается. Таким образом, ингибиторы роста при правильном применении может значительно повысить морозостойкость хорошо развитых посевов с осени, тем самым сохраняя заданную или потенциальную биологическую урожайность культуры. Осеннее применение ингибиторов роста приводит к увеличению объема корневой системы (для повышения зимостойкости) и повышению содержания сахаров в растении.

Действие ингибиторов роста понижает температуру кристаллизации воды в клетках, помогая перенести гораздо более низкие температуры при перезимовке, снижая таким образом вероятность гибели растений в условиях неустойчивого снежного покрова или малоснежной зимы и сохраняя заданную густоту стояния. При этом увеличение объема корней и их количества происходит за счет перераспределения трафика питательных веществ, когда они направляются на рост и развитие корневой системы, а не надземной части, за счет сокращения продольного роста клеток последней.

Для увеличения зимостойкости наиболее целесообразно применение ингибиторов роста осенью в начале кущения культуры при норме расхода 0,3–0,4 л/га и в случае, если прогнозируемый период продолжения вегетации перед уходом в зиму составит не менее недели. Регламенты применения: однократно — 0,2–0,4 л/га: пшеница (озимая и яровая), ячмень (озимый и яровой), рожь (озимая) — в фазы начало кущения — выход в трубку до фазы появления флагового листа; или двукратно — 0,2 л/га + 0,2 л/га: на озимой пшенице в фазы начало кущения — выход в трубку и до появления флагового листа.

Применение ингибиторов роста осенью, благодаря увеличению объема корневой системы, способствует более быстрому поглощению питательных веществ, в том числе и азотных удобрений, вносимых в качестве подкормок, что обеспечивает дополнительный стартовый рост ослабленных перезимовкой растений.

Читайте также: