Пошук шляхів підвищення рівня загартованості озимих зернових культур до низьких температур в осінньо-зимовий період

Пошук шляхів підвищення рівня загартованості озимих зернових культур до низьких температур в осінньо-зимовий період

Інформацію підготував:

доктор сільськогосподарських наук РФ,

доктор сільськогосподарських наук України,

професор, завідувач кафедри агрохімії Дніпропетровського державного аграрно-економічного університету С. М. Крамарьов

Аксіомою вже є тієї факт, що озімі зернові культури ефективніше використовують продуктивну вологу осінньо-зимового періоду і забезпечують у більшості випадків стійке виробництво зерна. Наочним підтвердженням цьому є порівняльний аналіз урожайності зерна озимих та ярих зернових культур в умовах посухи, коли озімі культури в півтора, а інколи навіть у два рази перевищують за цим показником ярі. Це пояснюється сприятливими умовами зволоження і помірними температурами, які забезпечують рослинам цих сільськогосподарських культур в осінній період вегетації сприятливі умови росту та розвитку й дають їм можливість інтенсивно рости, добре кущитись та глибоко укорінюватись. Важливим є й те, що колосіння і дозрівання озимих в порівнянні з ярими зерновими колосовими культурами проходити в більш ранні рядки, завдяки чому вони менше підлягають шкідливій дії високих температур і суховіїв у літній період вегетації і як наслідок у них триває значно довше вегетаційний період, глибше проникає в грунт та охоплює більший його об'єм коренєва системи й формується великий габітус рослин. Характерною особливістю озимих зернових культур є наявність у них двох циклів зростання, які відокремлені між собою зимовим періодом. Поряд з цим вони мають ще й цілу низку інших суттєвих переваг в порівнянні з ярими колосовими культурами. Однак, не дивлячись на ці значні переваги озимих культур в порівнянні з ярими, смороду у період зимівлі підлягають впливу цілого ряду несприятливих факторів, серед яких домінуюче положення займають низькі температури, льодова кірка, випрівання та ін. У результаті впливу цих чинників в осінньо-зимовий період вегетації проходити їх зрідження посівів, що призводить до значних збитків. Ці втрати можуть сягати до 30% і навіть й більше. Серед всіх вище перелічених чинників, які викликають загибель озимих культур на значних площах домінуюче положення займає вимерзання. Воно відбувається в результаті зниження температури ґрунту на глибині вузла кущення до критичного рівня, яке спостерігається у періоди сильних морозів при відсутності або невеликому сніжному покриві. Найбільш чутливим до низьких температур на глибині вузла кущення озимий ячмінь, який витримує її зниження лише до -13--14°С, стійкішою є озима пшениця пшениця -15 -16°С, ще стійкішим є озима пшениця третикале і самим стійким є жито. Зазвичай замерзання відбувається у випадку утворення льоду в рослині. У рослині з високим вмістом в цитоплазмі вільної води, лід швидко поширюється по ній, викликаючи механічне ушкодження її клітин і тканини. При різкому зниженні температур ступінь пошкодження зростає і розпочинається в першу чергу з руйнування меристематичних тканин, які відіграють головну роль у рості рослин, а потім продовжує свою руйнівну дію й на інших тканинах стебла та листка. Таким чином, під впливом низьких температур клітина гине і це в першу чергу відбувається в зв'язку з порушення цілісності мембрани, яке відбувається в процесі замерзання і розморожування вільної води в рослинах. У зв'язку з цим, виживання заморожених тканин рослин залежить від здатності запобігати зростанню внутрішньоклітинних кристалів льоду.

Різні органи рослин озимих сільськогосподарських культур мають не однакову морозостійкість. Найбільшою чутливістю до впливу морозів виділяються меристематичні тканини, клітини яких, як правило, уражаються в першу чергу і сильніше в порівнянні з іншими тканинами рослинного організму. Також меншою морозостійкістю в порівнянні з надземною частиною відзначаються і корені. Однак, самим головним у виживанні озимих в зимовий період є збереження від вимерзання вузла кущення, який формується в рослині після появи третього листка. Оскільки в ньому зосереджені всі частини майбутньої рослини, тому його загибель із-за несприятливих погодних умов завжди приводити до повної загибелі всієї рослини. У тому ж випадку, коли молода рослина з тих-чі інших причин втратила всі листи і навіть коріння, але в неї все ж таки залишився ще живим вузол кущення, то в такому разі він забезпечує регенерацію втрачених органів і формування нормальної рослини, що й спостерігається в польових умовах за несприятливої перезимівлі.

Необхідною умовою адаптації озимих зернових культур до низьких температур є зниження інтенсивності ростових процесів у пізньоосінній період. Це починає відбуватися впродовж осінньої вегетації лише за температур нижчих за +5°С, оскільки за температур вищих за +5°С у рослин проходити зростання числа і розмірів клітин, утворення різних тканин і органів, необхідних для формування врожаю. Однак, в такому фізіологічно активному стані рослини дуже чутливі до низьких температур. Багато численні експериментальні дані переконливо показують, що інтенсивний ріст і висока морозостійкість не сумісні. Тому в теплий період осені проходитимуть ріст рослин, а у холодний формування їх морозостійкості. У прохолодний осінній період формування морозостійкості зимуючих рослин в онтогенезі пов'язаність язане з адаптивною перебудовою вуглеводного, амінокислотного, білкового, ліпідного обмінів, а також змінами окисно-відновних, енергетичних та інших функцій. Зменшення чутливості до морозів пояснюється передусім тімі складними змінами, які виникають у хімічному складі речовин, що містяться в клітині й появою так званих кріопротекторів.

Рослини озимих зернових культур в процесі тривалої своєї еволюції поступово пристосувалися до впливу на них низьких температур шляхом свого загартування, яке зазвичай розпочинається восени і продовжується на початку зими. Загартування проходити на світлі у дві основні фазі: спочатку за низьких позитивних температур, а потім повільного охолодження за умов від'ємних температур. Загартування спрямоване на запобігання утворенню льоду всередині клітин і підвищенню стійкості до внутрішньоклітинного льоду (якщо він вже утворився) для зменшення зневоднення і механічної деформації протопласта. У першій фазі відбувається уповільнення ростових процесів, синтез і нагромадження за рахунок сонячної погоди водорозчинних цукрів, й зменшення під впливом пониження температури повітря їх витрат на дихання. Стійкість до морозів обумовлюється нагромадженням в клітинах кріопротекторів. До них належать моно - і олігоцукри, гідрофільні білки, багатоатомні спирти (гліцерин, сорбітом, манітол), амінокислоти (пролін). Отже, в процесі загартування рослини поповнюють свої запаси водорозчинних вуглеводів (цукру, фруктози, рафінози, галактози, сахарози та ін.) та амінокислоти проліну в вузлах кущення, а це дає їм можливість досягти високого рівня морозостійкості. Водорозчинні вуглеводи є джерелом енергії для проходження біохімічних і фізіологічних процесів у рослині, вони діють, як осмотично активні речовини, підвищуючи концентрацію клітинного розчину, що зменшує інтенсивність позаклітинного льодоутворення, а також мають резервну функцію, що забезпечує весняне відростання листя. При замерзанні рослин вони також відіграють важливу роль і у кріозахисті білків, стабілізації біомембран та зменшенні рівня дегідратації, а також служать джерелом метаболітичної енергії. В даному випадку підвищення концентрації розчинених речовин зменшує імовірність замерзання, оскільки точка замерзання клітинного соку при цьому знижується. Вода, що зв'язку зобов'язується у вигляді гідратних оболонок, не замерзає і не транспортується. За таких умов накопичення водорозчинних цукрів виявляє захисну дію на білки цитоплазми.

Поряд з цитоплазмою також відбуваються зміни і у клітинних мембранах у яких підвищується ступінь ненасиченості ліпідів і знижується точка їхнього плавлення й вони залишаються напіврідкими за більш низьких температур, а мембрани завдяки цьому робляться менш крихкими у разі впливу на них низьких температур. За таких умов до кінця першої фазі загартування клітини рослин переходять до стану спокою. Друга фаза загартування проходити за від'ємних температур. У цій фазі відбуваються складні фізико-хімічні процеси, що пов'язані зв'язку зі значним зневодненням клітини. Зневоднення клітини перешкоджає утворенню льоду в протопласті. Основну роль при цьому відіграють біологічні мембрани внаслідок підвищення вмісту в них ненасичених жирних кислот. За таких температурних умов в рослинних клітинах синтезується велика кількість нових білків, що мають особливо високу здатність до гідратації. Гідратаційна вода утримується поблизу молекул білка силами, що запобігають утворенню кристалів льоду. Вони сприяють утриманню води і перешкоджають зближенню молекул білка. Загартовані клітини з концентрованим клітинним соком не пошкоджуються, бо в цей період знаходяться в хімічно інертному стані. Навесні ці захисні речовини рослина використовує у своєму метаболізмі.

Виходячи з вище викладеного можна відмітити, що головне завдання агронома в осінні полягає в тому, щоб створити рослинам сприятливі умови для проходження їх загартування і таким чином захистити вузол кущення від вимерзання. Тому в технології вирощування озимих зернових культур поряд з іншими агротехнічними заходами, важливе місце належить заходам, які будуть сприяти формування рослин стійких до несприятливих умов зимового періоду. Це можна здійснити шляхом збільшення глибини залягання в ґрунті вузла кущення та збільшивши концентрацію в його клітинах водорозчинних вуглеводів. Незважаючи на те, що роль агротехнічних факторів у підвищенні морозо - зимостійкості залишається вирішальною, однак поряд з ними все більшого значення останнім часом набувають ще і хімічні препарати, які здатні значною мірою посилити резистентність рослин.

Серед цих препаратів – кріопротекторів, найбільш відомі диметилсулфоксид (скорочено ДМСО) та поліетиленоксид (ПЕО), альо найбільш сильні підвищення морозостійкості озимих культур викликають фосфорні і калійні добрива. Підвищення морозостійкості рослин озимих зернових культур під впливом внесених у грунт фосфорно-калійних добрив обумовлено зростанням концентрації водорозчинних вуглеводів у вузлах кущення й затримкою росту рослин. Внесення в грунт в осінній період лише азотних добрив без використання фосфорних викликає різке зниження морозостійкості рослин. Найбільш ефективним внесенням фосфорних добрив є внесення їх у рядки при проведенні сівби озимих зернових культур. В даному випадку слід відмітити, що внесенням фосфорно-калійних добрив під основний обробіток ґрунту і при сівбі озимих зернових культур, проблему підвищення морозостійкості рослин можна вирішити лише частково. Це пов'язаність язано з тим, що коефіцієнт використання поживних речовин з внесених у грунт фосфорно-калійних добрив кореневою системою озимих культур невисокий і становить для фосфорних 20% і калійних близько 45%.

Виробнича практика і науковий досвід переконливо показують, що для підвищення морозостійкості потрібно виконати дві умови: 1) дати рослині можливість сформувати глибоко проникаючу грунт коренєву систему, оскільки вона дуже чутліва до впливу на неї низьких температур; 2) сприяти накопиченню водорозчинних вуглеводів у вузлі кущення.   В найбільш повній мірі можна виконати поставлені умови і досягти позитивні результати використавши для цього вітчизняний препарат з організації маркою «Антистрес». Цей препарат комплексний до його складу входять такі компоненти: найбільш водорозчинне і доступні рослинам фосфоровмісне добриво моно фосфат калію (дигідрофосфат калію) КН₂РО₄, диметилсульфоксид, гліцерин, гумат калію, гумату натрію, продукт метаболізму гриба ендофіта, ПЕО (поліетилен оксид) 400, ПЕО 1500. Цей препарат використовується, як для передпосівної інкрустації насіння, так і для позакореневого підживлення рослин перед вхідженням їх в зиму. Як показують результати польових дослідів і впровадження даного агрозаходу в виробничих умовах, поєднання двох агрозаходів передпосівної інкрустації насіння баковою сумішшю «Дефенс-з» З нормою витрат одна упаковка на 6т насіння або 540 г/т і ранньоосіннього позакореневого підживлення на початку кущення рослин препаратом «Антистрес» дозою 1,7 кг/га сприяє інтенсивному росту кореневої системи та накопиченню водорозчинних вуглеводів у вузлі кущення.

Слід також відмітити, що однією із причин поганої перезимівлі озимих культур є посушливість передпосівного періоду, коли нестача продуктивної вологи в ґрунті при посіві озимих нерідко спричиняє втрату схожості насіння. У зв'язку з цим важливим фактором підвищення морозостійкості є технологічний захід – передпосівна інкрустація насіння. Для озимих зернових перед посівом у складі бакової суміші «Дефенс-З» разом з протруйником використовується 350 г на тонну насіння препарату «Антистрес». Завдяки монофосфату калію, що входить до складу цього препарату проростаюче насіння поступово формує потужну глибоко проникаючу в грунт коренєву систему й завдяки цьому глибше залягає в ґрунті (на 0,8-1,0 см) вузол кущення, що забезпечує зростання його стійкості від вимерзання.

Ріст регулюючі речовини, які входять до складу цього препарату, такі як гумату калію, гумату натрію та спиртова витяжка з грибу ендофіт сприяють інтенсивному поділу клітин меристематичних тканин молодих рослин. Завдяки КН₂РО₄ проходити нагромадження в клітинах вузла кущення водорозчинних вуглеводів, що викликає підвищення концентрації клітинного соку і запобігає внутрішньоклітинному замерзанню, а в меристематичних тканинах рослин розвиваються дрібні клітини, що підвищує їх адаптивні властивості. Гліцерин зменшує кількість вільної води в цитоплазмі клітин за рахунок зростання гідрофільності колоїдів. Диметилсульфоксид підвищує гнучкість та еластичність мембран і тим самим сприяє зростанню проникності в цитоплазму клітин через плазмолему компонентів препарату «Антистрес», особливо катіонів калію та фосфат-аніонів. В результаті комплексної дії на рослину компонентів препарату «Антистрес» відбувається підвищення морозостійкості озимих сільськогосподарських культур, зростання сирої та сухої їх маси, кількості зв'язку пов'язаної води і накопичення у вузлах кущення водорозчинних вуглеводів.

С. М. Крамарьов

Ефективність ррр «Антистрес» була перевірена багатьма виробничими дослідами в господарствах України. Площа яких перевищує більш 5000 га.

Нижче приведені данні досліджень проведених в ТОВ «Вперед» Богодухівського району Харківської обл.

Зведена таблиця усереднених значень біометричних показників рослин озимої пшениці сорту Наталка