ПІДВИЩЕННЯ АДАПТАЦІЇ ОЗИМИХ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР ДО ДІЇ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР

ПІДВИЩЕННЯ АДАПТАЦІЇ ОЗИМИХ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР ДО ДІЇ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР

С. М. Крамарьов – доктор сільськогосподарських наук,

                    С. В. Краснєнков – доктор сільськогосподарських наук

Інститут сільського господарства степової зони НААН України

Озімі зернові культури та озимий ріпак розвиваючись з осені використовують осінні і ранньо-весняні запаси продуктивної вологи в ґрунті. Вони краще переносять несприятливі умови весняно-літньої вегетації і дозрівають раніше ярих колосових культур. Озімі культури в меншій мірі піддаються шкідливій дії високих температур і суховіїв в період формування і наливання зерна. Однак, величина майбутнього врожаю цих культур сильно залежить від умов перезимівлі і стійкості рослин до вимерзання, вимокання та випрівання. Одним із основних чинників, які негативно впливають на умови перезимівлі озимих культур є морози. Тому успішна зимівля рослин є запорукою отримання майбутнього високого врожаю зерна. Це пов'язаність язано з тим, що зимою рослини в найбільшій мірі гинуть від вимерзання. Загибель рослин озимих сільськогосподарських культур від морозів є основною причиною зрідження, а в окремі роки навіть до повного вимерзання посівів на значних площах. Доречно відмітити, що зрідженість посівів внаслідок ще недостатньої зимостійкості більшості високопродуктивних сортів суттєво знижує урожайність зерна. У зв'язку з цим, у напружений весняний період, коли в аграріїв завжди бракує вільного часу, господарства вимушені проводити додаткові агрозаходи пов'язані з повторною культивацією сильно пошкоджених морозами посівів та підготовкою насіння до сівби і несуть великі додаткові витрати кошт на підсівання зріджених та пересівання вимерзлих посівів.

Проведений багаторічний аналіз статистичних даних, показавши, що безпосередньо від вимерзання посіви в нашій державі гинуть раз в 10 років, хоча в останні роки спостерігається тенденція до скорочення цих строків. Так, внаслідок несприятливого впливу цього чинника на Україні щорічно гине від дії морозів більше 20% посівів озимих зернових культур, а в окремі роки вимерзання відмічається й на більш значних площах озимих. Так, лише в зимовий період 1993/1994 рр., в Україні в хорошому стані перебували 30% посівів озимих, зріджених від вимерзання було – 38%, пересіяно більше ніж 30%, у тому числі у Степу: 23% – у доброму стані, 31% – зріджені і понад 30% посівів – пересіяно. У цей несприятливий для зимівлі рослин рік їх загибель була обумовлена раптовими сильними морозами восени та взимку, коли відбувалось різке зниження температури в осінній (-16С– -17ºС) та зимовий (-27ºС – -28С) періоди. Основною причиною загибелі значної частини посівів озимих культур було зниження впродовж трьох діб температури повітря на початку зими до -27ºС і до -17ºС на глибині залягання вузла кущення при відсутності снігового покриву на поверхні ґрунту. В озимих культур найбільш чутливим до низьких температур вважається період, коли рослини припиняють живитись поживними речовинами зосередженими в насінні і переходять від гетеротрофного до автотрофного живлення, тобто за рахунок фотосинтезу, який відбувається в їх листках. Такий перехід, як раз співпадає з фазою розвитку 1-3 листки. В даному випадку, критична температура, за виникнення якої гине близько 50% рослин, у цю фазу розвитку на 1-2°С вища, тобто становить -15°С для озимої пшениці, а для озимого ячменю ще вищі. За таких умов переважна більшість сортів озимих культур малі середню та низьку морозостійкість, що призвело до суттєвого зрідження посівів. В цю фазу розвитку складні погодні умови змогли витримали і вийшли з зими майже без суттєвих пошкоджень тільки посіви озимого тритікале і жита та лише окремі високоморозостійкі сорти озимої пшениці.

Значних збитків зазнало сільське господарство внаслідок вимерзання посівів озимої пшениці в зими таких років: 1928, 1929, 1931, 1939, 1943, 1947, 1949, 1954, 1960, 1962, 1963 та ін., а за останнє десятиріччя у 1997, 2003 та 2007 роки. Слід відмітити, що пошкодження і загибель рослин спостерігається, ще і внаслідок весняних заморозків. Тому сьогодні ніхто не може дати жодної гарантії, що несприятливі погодні умови не складуться, як в осінньо-зимовий період цього року або під час відновлення вегетації навесні в наступному році. У зв'язку з цим наукові установи змушені постійно вести пошук шляхів підвищення адаптації озимих сільськогосподарських культур до несприятливих погодних умов, які можуть скластися в умовах зимівлі і розробці заходів по запобіганню загибелі рослин у зимовий період. В умовах сьогодення проведення пошуків нових джерел зростання адаптації рослин озимих культур до низьких температур – одне з головних завдань, вирішення якого дасть можливість підвищити їх стійкість до вимерзання, що в свою чергу позитивно вплине на продуктивність агроценозів цих сільськогосподарських культур. Враховуючи важливість цього питання, ще в 60-ті роки ХХ століття було виділено новий напрямок досліджень фізіології стійкості рослин до дії низьких температур – кріофітофізіологію, яка вивчає біохімічні і фізіологічні процеси, що відбуваються в рослинах при температурах нижчих за 0ºС. Як видно з вище викладеного, проблема морозостійкості озимих культур є однією з найважливіших в економіці сільського господарства, вирішення якої буде сприяти збільшенню зернового балансу в нашій країні і не втрачає своєї актуальності навіть в умовах глобального потепління, яке спостерігається в умовах сьогодення, оскільки вимерзання озимих культур в осінньо-зимовий період в тій чи іншій мірі проходити майже щорічно. Тому в даному випадку буде доречно відмітити, що не зважаючи на глобальне потепління, яке відбувається нині на нашій планеті, питання підвищення стійкості рослин до екстремальних температур у зимовий період ще на жаль не знімається з черги денної. Це в першу чергу стосується посівів озимого ячменю та озимого ріпаку, у яких стійкість до низьких температур значно нижча в порівнянні з озимою пшеницю.

Озимий ячмінь – ранньостигла і високоврожайна культура. У порівнянні з озимою пшеницю він дозріває раніше на 9-10 і з ярим ячменем – на 10-12 днів. Це забезпечує формування його врожайності в більш сприятливі за температурним режимом погодніх умовах. У зв'язку з цим його врожайність у порівнянні з ярим ячменем вища на 30-40%. Однак, озимий ячмінь поступається своєю морозостійкістю іншим озимим культурам. Це пояснюється тім, що фізіологічними особливостями даної сільськогосподарської культури зумовлено в порівнянні з озимою пшеницю, повільне загартування рослин при плюсових і мінусових температурах. Внаслідок інтенсивного зростання його рослин восени і відносно активної життєдіяльності при температури, близькій до 0°С, в вузлах кущення цієї культури мало нагромаджують розчинних вуглеводів і відбувається швидке їх витрачання під час зимівлі. Так, його зрідження посівів найчастіше буває через вимерзання, оскільки критична температура на вузлі кущення для більшості сортів озимого ячменю становить -10, -15°С, що переважно на 4-5°С вище рівня критичних температур для озимої пшениці. Дуже часто це спостерігається на посівах озимого ячменю на яких з осені були внесені підвищені, оптимальні або навіть у випадку внесення по хорошому попереднику і помірних доз азотних добрив (рис. 1-4).

Різко знижується морозостійкість озимого ячменю відбувається і навесні і, що обумовлено значними витратами розчинних вуглеводів у вузлах кущення. У зв'язку з цим посіви цієї сільськогосподарської культури можуть пошкоджуватися ранньою весною навіть заморозками до -5 -6°С. Також різко зменшуються запаси вуглеводів у вузлах кущення рослин, які тривалий час знаходились під товстим сніговим покривом, що пояснюється їх витрачанням на процеси дихання. В більшості випадків, за таких умов рослини випрівають. Всі вище перелічені обставини, які можуть скластись до роботи в осінньо-зимовий і ранньовесняний періоди, що приводить до різкого падіння урожайності зернових культур, завдаючи сільському господарству значних збитків. Також слід відмітити, що спад продуктивності агроценозів зернових культур, буде пов'язаність язаний, ще й зниженням продуктивності тих рослин, які виживають після дії на них морозів, оскільки вони в більшості випадків суттєво знижують свою продуктивність.

В умовах північного Степу України можливе пошкодження рослин озимого ячменю впродовж зимового періоду із-за вимерзання його кореневої системи. Це пов'язаність язано з тим, що в даному регіоні товщина снігового покриву в більшості зим, невелика. До того ж і цей невеликий сніговий покрив, за рахунок його розтавання під час зміни температурного режиму в напрямку потепління, часто втрачається. Іноді температура ґрунту суттєво зростає і він розтає, а потім, при послідуючому похолоданні, навпаки, знижується і грунт замерзає, а кореневі системи рослин не витримавши такі різкі перепади температур, в більшості випадків вимерзають. В такому випадку рослини гинуть в результаті вимерзання, як вузлів кущення, так і кореневих систем. Візуальна оцінка кореневих систем показала, що непошкоджені частини первинних коренів мали світло-сірий колір, а вторинних коренів – білий. Пошкоджені корені ставали бурими, як це чітко видно на (рис. 5).

Однією з причин вимерзання кореневих систем озимого ячменю є недостатній їх розвиток в осінній період. Несприятливі умови для розвитку рослин визначаються агротехнікою і попередниками. Так, сильна затримка в розвитку озимого ячменю особливо помітна, коли сівба була виконана по стерньовим попередникам. На таких полях запаси продуктивної вологи в ґрунті обмежені. За таких умов у багатьох рослин коренева система дуже слабо розвивається і навіть від впливу невеликих морозів може вимерзати. Коренева система може відмирати і навесні, коли в період весняної вегетації грунт сильно висихає й дують сильні вітри, а опади не випадають і температура понижується. Все це призводить до того, що молоді вторинні корені вкриваються міцною кіркою. В результаті сильно погіршується водозабезпечення рослин і вони відмирають (рис.5). Добре ж загартовані з осені рослини озимого ячменю здатні витримувати навіть і такі екстремальні умови і виходять з зими в хорошому стані, що видно на (рис. 6).

Також досить чутливою до низьких температур у зимовий період поряд з озимим ячменем є й інша сільськогосподарська культура – озимий ріпак. Восени найбільш сприятливі погодні умови складаються для озимого ріпаку в тому випадку, коли відбувається поступове зниження температури повітря, що дає можливість рослинам нагромадити достатні запаси поживних речовин і успішно пройти стадію загартування. Якщо такі умови склалися, то посіви цієї культури здатні витримати зниження температури в зимовий період до -15 і стійких сортів до -18°С не тільки в сніжні, а інколи й у безсніжні зими. А під товстим шаром снігу такі посіви можуть витримувати пониження температури навіть до -25 – -28°С альо це відбувається лише за умови виконання в осінній період всіх необхідних агротехнічних заходів. Сильні морози по-різному діють на окремі частини рослин озимого ріпаку. У цієї сільськогосподарської культури найбільш уразлива до дії цього чинника є коренева шийка, дещо стійкіша точка росту. Сильні морози, та ще й з вітром у безсніжні зими пошкоджують точку росту, особливо якщо посіви переросли, і відбувається так зване випалювання рослин (рис.7). Однак загибель посіві від цього не так часта. Найбільшої шкоди завдає перепад температур, тобто періодичне замерзання та розмерзання ґрунту, що, як правило, спостерігається в кінці зими або ранньою весною. Від таких перепадів температур кора на коренях озимого ріпаку розтріскується і вони починають загнивати. Особливо часто такі пошкодження спостерігаються на посівах пізніх строків сівби і є основною причиною їх загибелі. Рослини ж з пошкодженою точкою зростання здатні весною відростати за рахунок утворення бокових пагонів. Такі посіви необхідно вчасно підживити азотними добривами, що певною мірою поліпшить їх стан, але вже отримати високого врожаю на таких посівах неможливо. Якщо пошкоджені бокові корінці, то за допомогою вчасного підживлення азотом ранньою весною теж можна зберегти посіви і навіть отримати добрий врожай. У разі підморожування стрижневого кореня вже ніякі агротехнічні заходи не допоможуть. Такі площі підлягають пересіванню іншими ярими культурами (рис.7).

На посівах з слабкою адаптацію рослин до дії низьких температур спостерігається зменшення густоти стояння рослин за рахунок пошкодження морозами листостеблової маси (рис. 9) та їх вимерзання в осінньо-зимовий період (рис.10). В тому ж випадку коли провести сівбу в оптимальні рядки і створити рослинам озимого ріпаку належно фосфорно-калійне живлення вони ввійдуть в зиму добре загартованими і легко витримають екстремальні погодні умови в зимовий та ранньовесняний періоди. Низький вміст в ґрунті рухомих форм фосфору дещо затримує ріст рослин і особливо їх кореневої системи (рис 11), що знижує адаптивні властивості цієї культури до дії низьких температур.

Згідно з (ДСТУ 4727:2007) низька забезпеченість фосфором спостерігається в тому випадку коли масова частка Р₂О₅ , мг/кг повітряно-сухого ґрунту менша за 0,25, а в ґрунтовому розчині (мг/л) менша за 0,05 (метод Карпінського і Замятиної). Агрохімічними дослідженнями проведеними за останній VIII тур було встановлено, що ґрунти з такими агрохімічними показниками в умовах сьогодення займають домінуюче положення в степовій зоні України.

Поряд з агротехнічними заходами можна підвищити стійкість рослин до низьких температур і селекційним шляхом. Для вирішення цього питання, селекціонери вже сьогодні витворили багато високопродуктивних сортів з значним генетичним потенціалом, альо в умовах виробництва він реалізується далеко не повністю. Так, в умовах степової зони України в більшості випадків реалізується всього лише на 30-38%. Значна частина врожаю зерна втрачається із-за несприятливих чинників зовнішнього середовища, особливо часто це відбувається в умовах зимівлі. У холодні зими витримують низькі температури, особливо за відсутності на поверхні ґрунту снігового покриву, лише морозостійкі сорти озимих зернових культур, а посіви і морозостійких сортів виходять з зими зрідженими або навіть сильно пошкодженими. В даному випадку недостатня морозостійкість високопродуктивних сортів звужує ареал їх розповсюдження. Про це вже неодноразово повідомлялося в багатьох наукових працях, у яких відмічається високий негативний кореляційний зв'язок (r = - 0,80–0,90) між зимо - та морозостійкістю та високою продуктивністю.

Вивченням морозостійкості озимих культур тривалий час займались різні наукові установи, якими отримані варті уваги результати. У зв'язку з цим ми вимушені коротко зупинитись на аналізі фізіологічних і біохімічних процесів, які сприяють підвищенню стійкості рослин озимих культур до впливу на них низьких температур про, що повідомляється в різних наукових джерелах, як вітчизняної так і зарубіжної літератури. Слід також відмітити, що майже в кожній науковій праці присвяченій вивченню цього досить важливого питання, відмічається суттєва роль в підвищення морозостійкості культур розчинних вуглеводів, зростання концентрації яких у цитоплазмі клітини сприяє зниженню точки замерзання клітинного соку, завдяки чому рослини не пошкоджуються при дії на них морозів. В науковій літературі це положення вже отримало статус аксіоми. Справа в тому, що водорозчинні вуглеводи підвищують осмотичний тиск в середині клітини і тим самим зменшують зневоднення протопласту та знижують температуру замерзання внутрішньоклітинного розчину за дії на рослини низьких температур. Ці сполуки не тільки підвищують концентрацію клітинного соку й знижують точку замерзання, а вони також виконують функцію основного джерела енергетичного матеріалу, який використовується для дихання. В процесі окислення вуглеводів при диханні виділяється велика кількість енергії і тепла. Зимостійкі сорти характеризуються ощадливим витрачанням цукру. Поряд з розчинними вуглеводами на зростання зимостійкості впливають й інші захисні сполуки. До них відносяться високо-атомні спирти, глюкозиди та ліпіди. Захисне значення мають і деякі амінокислоти, особливо пролін та аміди, утворення яких залежить від активності та напрямку дії протеолітичних ферментів. В цьому відношенні особливо важлива роль належить амінокислоті пролін, яка гальмує ріст рослин. Вміст цієї амінокислоти помітно зростає у вузлах кущення під час зимівлі, причому у морозостійких сортів її завжди більше в порівнянні з не морозостійкими. Перелік цих сполук можна продовжити й далі, але позитивна роль інших речовин проявляється в меншій мірі. Більшість авторів відмічають, що у менш морозостійких сортів ці речовини або відсутні або виявляються в незначній кількості.

Відомо, що максимальна стійкість рослин до від'ємних температур розвивається під час другої фазі загартування при температурах від-2º до -5ºС. В цей період відбувається незначне зневоднення клітин внаслідок утворення льоду в міжклітинному просторі. Відмічено, що чим вища концентрація клітинного соку, тім менша кількість води вийде з клітини в процесі зниження температури. Отже, підвищення концентрації клітинного соку в процесі загартування рослин запобігає внутрішньоклітинному замерзанню. А в добрі обводнених тканинах рослин, навпаки, в процесі дії морозу, відбувається формування кристалів льоду спочатку в міжклітинному просторі, а потім і в судинах ксилеми. В даному випадку інтенсивність із якою лід розповсюджується по тканинам, а також розмір його кристалів, визначають ступінь пошкодження тканин. Виживання заморожених тканин рослин залежить від здатності запобігати зростанню внутрішньоклітинних кристалів льоду.

Численними дослідженнями було встановлено позитивну кореляцію між вмістом розчинних вуглеводів в рослинах і морозостійкістю озимих злаків. Морозостійкі сорти озимої пшениці, на відміну від менш морозостійких, характеризуються вищим рівнем синтезу органічних фосфатів і вищою узгодженістю процесів окислення та фосфорилювання при низьких температурах середовища. Адаптація рослин до низьких температур, супроводжується збільшенням кількості фосфоліпідів, яке викликане накопиченням основних фосфоліпідних компонентів: фосфотидилхоліна і фосфотидилетаноламіна. Після проходження озимими процесу загартування до від'ємних температур у вузлах кущіння виявлено накопичення лабільного нуклеотидного фосфору, представленого АТФ та АДФ. При від'ємних температурах у рослин спостерігається значне зниження вмісту лабільного фосфору у вузлах кущення мало морозостійких сортів пшениць, у тій годину як у морозостійких сортів, навпаки, вказані зміни незначні. Отже, в процесі адаптації до несприятливих погодніх умов в рослинах відбуваються певні метаболічні та фізіологічні зміни, які забезпечують їхнє виживання в умовах суворої зими. В їх клітинах відбувається синтез ряду метаболітів, таких, як білки, цукри та інші сполуки. Однак, синтез цих метаболітів можливий тільки за умови наявності вихідного матеріалу перед входженням рослин у зимовий період та ефективного використання енергії в процесі загартування, який проходити в цей важливий етап їх онтогенезу.

Виконані спостереження показали, що рослинам з більш високими адаптивними властивостями властива дрібноклітинність. Виробнича практика переконливо показує, що напівкарликові та низькостеблові сорти озимої пшениці поєднують поряд з високим генетичним потенціалом продуктивності ще й високу морозостійкість.

Відомо, що морозостійкість озимих культур – генетично детермінована ознака. Проте і її можна поліпшити використовуючи різні спосібі. Нині запропоновано велику низку способів підвищення стійкості рослин до низьких температур. На проходження загартування озимих культур можна вплинути, як агротехнічними заходами так і хімічними речовинами. Сильний вплив на морозостійкість рослин мають такі агротехнічні заходи: рядки сівби, система обробітку ґрунту та попередники. Найменшу зимо - та морозостійкість мають перерослі рослини ранніх строків сівби, та слаборозвинуті пізніх строків, а найвищу стійкість до низьких температур – найбільш адаптовані рослини до низьких температур оптимальних строків сівби. Рослини оптимального рядок сівби вважаються більш міцними. Вони мають найбільший коефіцієнт кущення і укорінення, помірну висоту рослин і достатня високу масу. Глибиною висівання насіння коригують глибину залягання вузла кущення. Так, як з більшою глибиною залягання вузла кущення знижується негативна дія низьких температур. Найбільш висока зимостійкість формується в озимих зернових культур розміщених в сівозміні після багаторічних трав і гороху зібраного на зерно. По цим попередникам в умовах оптимальної вологості і поживного режиму ґрунту в осінній період формується оптимальний габітус пшеничного куща з 5-7 стеблами, висота якого досягає 22-27 див. Такі посіви краще переносять низькі температури в зимовий період і при довгій сніжній зимі менше піддаються вимоканню.

Дуже часто восени по попереднику соняшник на посівах озимих культур з'єднання є ознаки пожовтіння листків. Аналіз показавши, що основною причиною появи таких ознак є дефіцит азоту, який виникає внаслідок розкладання пожнивних решток соняшнику мікроорганізмами, яким для своєї життєдіяльності потрібні мінеральні форми азоту (нітратної та амонійної) і їх вони використовують з ґрунтових запасів. В результаті відбувається збіднення орного шару ґрунту на ці форми азоту. Ознаки такого пожовтіння листків озимих культур, висіяних по попереднику соняшник в більшості господарств намагаються ліквідувати шляхом внесення з осені підвищених норм азотних добрив. А це приводити до зниження морозостійкості посівів. На початку зростання азот надходить у рослини інтенсивно, випереджаючи надходження інших елементів, але величина його осіннього використання незначна. Так, від сівби до весняного відновлення вегетації засвоюється лише 8% загальної кількості азоту. Отже, в осінній період немає потреби створювати високий рівень азотного живлення. Надлишок азоту восени призводить до зменшення морозостійкості (рис. 7-9), переростання вегетативної маси, вилягання і ураження посівів хворобами. Тому цього робити не потрібно. Таким чином відбувається збереження азоту від непродуктивних втрат і зберігається природна морозостійкість озимих культур на належному рівні.

Серед хімічних препаратів чільне місце займає допосівний обробіток насіння хлорхолінхлоридом та інших ретардантів, які затримують ріст рослин і забезпечують більш глибоке формування вузла кущення озимих злаків, порівняно з необробленим насінням і значно краще виживання рослин під час великих морозів за відсутності на поверхні ґрунту снігового покриву.

Для сприятливої перезимівлі поряд з правильним є обробітком ґрунту, оптимальними строками сівби велике значення мають і умови мінерального живлення рослин. Встановлено, що на перезимівлю озимих позитивно впливає внесення добрив, особливо фосфорно-калійних. Надлишок азотних добрив в початковий період росту озимини, як вже повідомлялося вище, навпаки, знижує їх стійкість до низьких температур і інших несприятливих умов зимового періоду, що чітко видно на (рис.7-9).

Засвоєння рослин фосфором має свої характерні особливості. На цей процес впливає багато чинників. Так, низька температура ґрунту (≤10°С) спричинює нестачу фосфору для рослин навіть за високого вмісту його в ґрунті. За низької температури підвищується до в'язкість ґрунтового розчину і знижується дифузія та вбирання фосфору кореневою системою. Проведені дослідження показали, що забезпечення рослин достатньою кількістю фосфору позитивно впливає на вуглеводний обмін, гідрофільність біоколоїдів і тим самим активізує розвиток кореневої системи, посилює процес укорінення, забезпечує глибоке її проникнення у вологі шарі ґрунту, що підвищує поглинальну здатність ризосфери, а це особливо важливо, в початкові фазі розвитку рослин. Цей елемент мінерального живлення рослин, позитивно впливає й на рівномірність появи сходів. Під впливом фосфорних добрив збільшується інтенсивність синтезу сахарози, крохмалю, жирів, дещо менше – білків. Завдяки водорозчинним сполукам фосфору нагромаджується більша кількість захисних речовин, особливо водорозчинних цукрів, що підвищує концентрацію клітинного соку і позитивно позначається на формуванні морозостійкості і зимостійкості рослин озимих культур. Також рослини стають стійкішими до вилягання і хвороб (в першу чергу до кореневих гнилей та борошнистої росі) більш продуктивно використовують азотні добрива, швидше достигають. Фосфор збільшує енергію кущення, густоту продуктивного стеблостою, кількість колосків і зерен у колосі та його довжину. Цей елемент має здатність поліпшувати також і урожайні якості зерна. Отже, фосфор сприяє майже всім процесах життєдіяльності рослин.

Нестача ж калію порушує вуглеводний обмін рослин і обумовлює інтенсивніше використання запасів вуглеводів, а дефіцит фосфору порушує синтез сахарози, тоді як тривале азотне голодування, навпаки, сприяє нагромадженню водорозчинних цукрів у рослині.

Для свого загартування рослини озимих культур в основному поглинають сполуки фосфору і калію з ґрунту. У наших чорноземах звичайних міститься достатня кількість валових форм калію їх майже 2,0-2,5%, а від фосфору, як не прикро, а все ж таки бракує, оскільки його кількість не перевищує 0,12 - 0,15%.

За роки інтенсивної хімізації (1960-1990 рр.) з мінеральними і органічними добривами було внесено в цілому по Україні 1100 кг/га д. р. фосфорних і 1700 кг/га калійних добрив, що призвело до підвищення вмісту рухомого фосфору на 3,5 мг/100 г ґрунту, а калію - на 1,5 мг До₂Про/100 г ґрунту. Тобто для підвищення вмісту конкретного поживного елементу всього на 1 мг/100 г ґрунту потрібно внести 310 кг/га Р₂О₅ і 1100 кг/га До₂О. За останні 20 років кількість внесених калійних добрив різко зменшилась, що призвело до виникнення дефіциту у ґрунті рухомих форм фосфору. Так, згідно з даними останнього туру агрохімічного обстеження ґрунтів, тільки на 47% орних земель степової зони вміст рухомого фосфору перевищує 9 мг Р₂О₅ на 100 г ґрунту. Площа ґрунту з вмістом рухомих фосфатів більше 15 мг (тобто близьким до оптимального) не перевищує 19%. Це свідчить про поступове погіршення фосфатного режиму чорноземів звичайних степової зони України. У зв'язку з цим, потреба в цьому елементові живлення досить висока, до того ж він відіграє дуже важливу фізіологічну функцію в рослинному організмі, будь якої сільськогосподарської культури в тому числі і озимих, не тільки тім, що підвищує їх морозостійкість, а саме головне завдяки тому, що його оптимальне живлення збільшує частку товарної продукції в біологічному врожаю (зерна відносно соломи у зернових). У зв'язку з цим, перш за все потрібно шукати шляхи, які забезпечать створення умов оптимального фосфорного живлення рослинам озимих зернових культур перед входження їх в період зимівлі.

В умовах сьогодення більшість фермерів намагаються вирішити цю проблеми за рахунок використання природних запасів фосфору з ґрунту. В даному випадку для них ґрунт виконує функцію своєрідного фінансового банку, що поступово віддає рослині необхідні елементи живлення у вигляді кредитів, які з їх точки зору, можна й не повертати назад в грунт. Такий підхід до справи при вирішенні цього питання рано чи пізніше, але все ж таки неминуче приве до дефіциту даного елемента живлення в ґрунті, який вже нині спостерігається в цьому регіоні на значних площах. Ці землекористувачі не враховують досить важливої обставини, що потенціальні можливості ґрунту обмежені наявністю в ґрунтовому розчині достатньої кількості доступних форм цього макроелемента, оскільки запаси їх не встигають відновлюватися після інтенсивного їх поглинання. Тому із наявних валових запасів фосфору, які ще збереглися в чорноземах звичайних, рослини можуть щороку засвоювати лише частково цей макроелемент при значно вищих в ньому потребах для формування високих врожаїв зернових культур. Це свідчить про необхідність компенсації існуючого дефіциту фосфору в ґрунті внесенням в різні рядки фосфорних добрив, використовуючи для цього різні прийоми: розпочинаючи з осіннього внесення під основний обробіток ґрунту або під передпосівну культивацію та одночасно з сівбою, локально і в підживлення. Це пов'язаність язано з тим, що цей елемент живлення слабо мобільний у ґрунті, тому фосфорні добрива доцільно вносити за три рази: під основний обробіток ґрунту, в передпосівну культивацію і при сівбі. Перший спосіб самий ефективний, оскільки фосфорні добрива потрапляють у глибокий й вологий шар ґрунту, де їх солі поступово дисоціюють на іони і відносно добре використовуються рослинами. Внесення ж фосфорних добрив під передпосівну культивацію поступається своєю ефективністю у зв'язку з тім, що в більшості випадків верхній шар ґрунту не завжди забезпечений необхідною кількістю вологи для їх розчинення у зв'язку з його висиханням навіть і в прохолодний осінній період. Також, до недоліків цих способів внесення фосфоровмісних добрив належить їх дуже висока витратна частина на придбання цих туків та й до того ж, ще й відносно низький коефіцієнт використання з них фосфору, який варіює від 15 до 20% і майже в три рази менший у порівнянні з цим показником для азотних та калійних туків. Розрахунки показали, що для внесення рекомендованої норми фосфорних добрив (Р₆₀) на кожен гектар потрібно внести майже 180 кг нітроаммофоски, вартість цієї кількості даних добрив за нинішніми цінами становити 720 грн. (вартість 1 т нітроамофоски за нинішніми цінами становить 4 тис. грн.), а за внесення амофосу вартість зростає майже в два рази, оскільки одна тонна цього добрива коштує 7 тисяч гривень. У ґрунті з внесеної кількості фосфору буде використано в перший рік лише 20% тобто 12 кг фосфору за діючою речовино, що безумовно не зможе в повній мірі забезпечити потреби агроценозів в цьому макроелементові. До того ж не кожне господарство в нинішніх ринкових умовах може дозволити собі внести під основний обробіток ґрунту таку кількість фосфорних добрив. Внесення фосфорних добрив під час сівби більш ефективне, оскільки в даному випадку коефіцієнт використання фосфору рослинами може зростати до 40% альо за використання цього способу не можна вносити більш ніж 10 кг/га фосфору за діючою речовиною. У разі збільшення дози добрива підвищується концентрація ґрунтового розчину і його осмотичний тиск, що може призвести до зрідження посівів і зниження їх загальної продуктивності. Позитивна дія рядкового удобрення значно слабша або не виявляється зовсім, якщо до сівби були внесені високі норми добрив. За сприятливих умов фосфорного живлення молоді рослини формують більш потужну коренєву систему, швидше розвиваються і легше переносять низькі температури, краще пригнічують бур'яні.

Вітчизняними і зарубіжними дослідженнями встановлено, що найбільш дешевим і ефективним способом забезпечення рослин фосфором є проведення позакореневого підживлення рослин з використанням водорозчинних сполук цього макроелемента. Його слід проводити в осінній період у фазу кущення озимих культур. В цей період температура ґрунту знижується, особливо в нічний годину іноді до 5-7ºС, що приводити до зменшення ступеня надходження в рослини фосфором через коренєву систему. Особливо часто це спостерігається восени під час холодної погоди. У цьому випадку поліпшити умови фосфорного живлення озимих культур можна за рахунок позакореневого підживлення, яке слід провести наземними обприскувачами використавши водорозчинні фосфоровмісні добрива. Слід відмітити, що некореневе фосфорне живлення має обмежене значення і в кількісному відношенні дає рослинам дуже мало фосфору. До того ж для злаків і рослин, що мають восковий наліт на листках, позакореневе підживлення менш ефективне порівняно з дводольними.

У зв'язку з цим потрібно вести пошук шляхів, які дають змогу покращити проникнення аніону фосфору в тканини листків злаків. Для цього спочатку необхідно визначити найбільш водорозчинний вид фосфоровмісних добрив, а вже потім розробити спосіб, який сприятиме проникненню його в цитоплазму клітини через біологічні мембрани.

У ґрунті, у зв'язку з високо своєю активністю, цей елемент мінераль-ного живлення у вигляді своїх алотропних модифікацій (чорного та білого фосфору), не зустрічається. Це перш за все пов'язаність язано з особливістю будови його атома. Тому фосфор в усіх випадках, майже миттю вступає у хімічну взаємодію з усіма елементами періодичної системи, за виключенням інертних газів і благородних металів. Рослинами цей елемент мінерального живлення засвоюється лише у вигляді аніонів. Аніони фосфору можуть засвоюватись з ґрунту трьома шляхами: безпосередній контакт з кореневою системою (до 6% від загальної потреби), надходження з водою (1-10% від потреби), дифузія (основний шлях надходження фосфору в рослину). За нестачі ж продуктивної вологи, дефіцит якої часто виникає в посушливі роки, засвоєння фосфору з ґрунту сильно утруднюється. Також слід відмітити, що не всі аніони ортофосфорної кислоти в однаковій мірі засвоюються рослинами. Серед них найбільш доступним є лише дигідрофосфат іон Н₂РО₄^-, оскільки іон РВ₄^3- при тих показниках рН в діапазоні якого живуть рослини не має практичного значення, а аніон НРО₄^2- _, доступних рослинам лише частково і тільки за низьких значень рН. Тому дигідро-фосфатний аніон, який входить до складу монофосфату калію КН₂РО₄, серед усіх існуючих нині сполук фосфору доступний рослинам в найбільшій мірі. До того ж серед існуючого асортименту фосфорних добрив монофосфат калію є найбільш розчинним у води. Проте, якщо безпосередньо використовувати лише один монофосфат калію, то некореневе фосфорне живлення цією водорозчинною сіллю має обмежене значення і в кількісному відношенні дає рослинам дуже мало фосфору. Це пояснюється тім, що рух мінеральних фосфатів із підживлених ними листків в інші органи рослини проходити дуже повільно і здійснюється неповно. Іноді, спостерігається навіть завчасне відмирання листків, які накопичують у своїх тканинах високий вміст фосфору, тоді як за кореневого фосфорного живлення вони містять у своєму складі дуже мало фосфору. Для того, щоб цього не відбувалося і фосфор рівномірно розподілявся серед вегетативних органів рослин при проведені некореневого підживлення рослин, монофосфат калію потрібно використовувати разом з диметилсулфоксидом.

Цей додатковий компонент забезпечує зростання швидкості надходження фосфору в рослину через біологічні мембрани клітин в їх цитоплазму, а вже потім забезпечує переміщення його по ксилемі з тканин листка в інші вегетативні органи рослин, що дає можливість цьому макроелементові активно включитись у проходження біохімічних та фізіологічних процесів у рослинному організмі. Однак, за використання лише одного монофосфату калію навіть і з диметилсульфоксидом для проведення позакореневого підживлення в осінній період, цей агрозахід не дасть очікуваних від нього результатів, тому що рівень використання фосфору рослинами озимих культур буде ще дуже низьким. Тому монофосфат калію потрібно використовувати в комплексі з диметилсульфоксидом й іншими компонентами про які буде йти мова нижче, які збільшують коефіцієнт використання рослинами цього мікроелемента. У даному випадку дуже важливо збільшити рівень проникнення аніонів фосфору та катіонів калію через біологічні мембрани клітин в їх цитоплазму. Тому, поряд з диметилсульфоксидом та монофосфатом калію потрібно використовувати гліцерин, плівкоутворювач, амінокислоту пролін, мікроелементи в хелатній формі, серед яких перевагу потрібно віддати цинку й марганецю та використовувати інші компоненти, роль яких у засвоєнні фосфору проявляється не так чітко, але й без них обійтись не можна, оскільки й вони вносять свій посильний дольовий внесок у підвищенні адаптивних властивостей рослин до дії на них несприятливих погодних умов. На основі вище перелічених компонентів був створений вітчизняний препарат з підвищеною кріопротекторною та адаптогенною дією (торгова марка «Антистрес»).

Головну роль в цьому препараті відіграють чотири основних компоненти: 1) комплексний полімерний препарат Марс ЕL, який містить у своєму складі плівкоутворювач, продукти метаболізму симбіотичного гриба – ендофіта: ауксини, цитокініни, гібереліни, ненасичені жирні кислоти та гумат натрію; 2) гліцерин; 3) диметилсульфоксид; 4) КН₂РО₄. Експериментально визначена оптимальні норми цього препарату для передпосівної інкрустації насіння – 600 г/т і для проведення позакореневого підживлення – 1,7 кг/га. Цей препарат комплексний, його можна використовувати у складі бакової суміші для проведення передпосівної інкрустації насіння, а також в баковій суміші разом з інсектицидами та фунгіцидами при проведенні некореневого підживлення рослин в початкові фазі їх онтогенезу.

Кожен з вище перелічених компонентів в даному препараті виконую свою притаманну лише йому функцію. Для того, щоб зрозуміти механізм дії даного препарату коротко зупинимось на характеристиці дії на рослину окремих його складових.

Аніон дигідрофосфату, який входити одним із складових елементів в препарат «Антистрес», а також біологічно активні речовини сприяють інтенсивному зростанню зародкових коренів первинної кореневої системи молодих рослин (рис 16) і тім самим прискорюють появу сходів на поверхні ґрунту озимих зернових культур (рис.17).

Оскільки первинні корінці є основними корінцями озимих культур до фазі кущення, то від їх зростанню і розвитку залежить рівень забезпечення молодої рослини вологою та поживними речовинами на перших етапах її онтогенезу. Особливо це є актуальним в посушливі осені, коли верхній посівний шар ґрунту пересихає і від довжини та рівня охоплення вологого його прошарку кореневою системою залежить ступінь виживання молодих рослин в екстремальних умовах посухи. Тому в таких умовах від глибини проникнення в ґрунт первинної кореневої системи рослин залежить рівень стійкості рослин до дефіциту продуктивної вологи в ґрунті. У зв'язку з цим бакова суміш, яка використовується для проведення передпосівної інкрустації насіння повинна обов'язково містити у своєму складі поряд з іншими компонентами, ще й фосфоровмісні водорозчинні сполуки. Серед яких найкращим є монофосфат калію, водорозчинність якого в порівнянні з іншими фосфорними добривами найвища серед них. Це також пов'язаність язано ще й з тим, що значна частина фосфору засвоюється вже в період проростання насіння. А того фосфору, який міститься в зерні у складі фітину дуже бракує. Взяти ж необхідну кількість фосфору з ґрунту, на початкових етапах онтогенезу молодий проросток ще не в змозі. В даному випадку позитивна дія фосфору реалізується в прискоренні появи сходів озимих зернових культур.

Позакореневе підживлення рослин озимих культур проводили штанговим обприскувачем у фазі кущення перед входженням їх у зиму. Після нанесення препарату на поверхню вегетативних органів рослин, кожен з компонентів, що входять до складу препарату «Антистрес» виконує притаманні для нього функції.

• Так, Марс ЕL зводить до мінімуму здування та стікання з поверхні листостеблової маси нанесеного водного розчину даного препарату та сприяє за рахунок гумінових складових інтенсивному поділу клітин меристематичних тканин молодих рослин; завдяки фосфоровмісної солі КН₂РО₄ проходити нагромадження в клітинах вузла кущення водорозчинних вуглеводів, що викликає підвищення концентрації клітинного соку і запобігає його внутрішньоклітинному замерзанню. Також під впливом даного компоненту в рослинах розвивається дрібноклітинність, що підвищує їх адаптивні властивості до низьких температур і відбувається інтенсивний розвиток кореневої системи, яка завдяки цьому проникає в більш глибокі шарі ґрунту (рис.16) й глибше залягає вузол кущення.
• Гліцерин зменшує кількість вільної води, за рахунок рахунок зростання гідрофільності колоїдів;
• Диметилсульфоксид затримує руйнування біооксидантів в умовах низькотемпературного стресу, підвищує гнучкість та еластичність мембран, тим самим сприяє зростанню проникнення в цитоплазму клітин через плазмолему компонентів «Антистресу», особливо катіонів калію та фосфат-аніонів.

В результаті комплексної дії на рослину компонентів препарату «Антистрес» відбувається підвищення морозостійкості озимих сільськогосподарських культур за рахунок зростання сухої маси рослин, кількості зв'язку пов'язаної води і накопичення у вузлах кущення вуглеводів.

Ефективність цього препарату поряд із іншими, які мають аналогічну дію нами вивчалась в умовах польового досліду в агроценозах озимої пшениці сорту Куяльник та озимого ячменю сорту Основа. Дослідження виконували на Ерастівській дослідній станції Інституту сільського господарства степової зони України 2007-2008 рр. у дрібно ділянкових, а в 2009-2011рр. в польових дослідах. Виконаними дослідженнями встановлено, що під впливом передпосівної інкрустації насіння, а в послідуючому завдяки позакореневому підживлення рослин перед входженням їх у зиму в фазу кущення препаратом «Антистрес» спостерігається зростання вмісту водорозчинних цукрів у вузлах кущення. Зростання кількості вуглеводів пов'язаність язано з процесами гідролізу і перетворенням складних цукрів у більш прості, що обумовлено активністю ферментів, які каналізують цей складний процес.

Паралельно з спостереженнями за динамікою розчинних цукрів ми визначали концентрацію клітинного соку у вузлах кущення озимої пшениці сорту Куяльник. Виявилось, що процес перетворення вуглеводів тісно пов'язаність язаний з зміною концентрації клітинного соку у вузлах кущення. Так, на контролі концентрація клітинного соку становила 10,4%, а на варіанті з використанням препарату Антисрес вона зросла до 11,3%. Вміст моноцукрів в кінці січня (29.01) в середньому за два роки 2009-2010рр.) становив на контролі9,38%, а на вар.2 – 10,15%, у середині березня (12.03) вміст моно цукрів був приблизно однаковий і становив 7,1%, різниця між варіантами знаходилась в межах НІР, а в квітні місяці (07.04) вміст моно цукрів на контролі становив 3,12%, а на вар. 2. – 4,15%. Виживання рослин після зимівлі була вищою у порівнянні з контролем на 20,4-35,6%, що в кінцевому підсумку позитивно вплинуло на врожайність особливо у несприятливі роки, в які вона підвищилась у порівнянні з контролем на 3,8-4.5 ц/га.

Ефективність цього препарату у 2010 році вивчалась у виробничому досліді в посівах озимого ячменю. Результати обліку врожаю показали, що на контролі у виробничих умовах було отримано врожайність цієї культури 28,5 ц/га, а за рахунок позакореневого підживлення препаратом Антистрес перед входженням рослин у зиму в фазі кущення, додатково було отримано 3,5 ц/га зерна.

Наведені дані свідчать про те, що даний препарат слід віднести до кріопротекторів, так як з його допомогою через відповідні зміни у вуглевод-синтезуючих системах відбувається підвищення морозостійкості озимих культур.