Пшеница. Физиология растений и формирование урожайности

В процессе роста и развития, а также на протяжении всего периода вегетации в растениях происходят сложные физиологические превращения, в результате которых культура формирует собственную урожайность. При этом на развитие растения на определенной стадии оказывают существенное влияние как экзогенные, так и эндогенные факторы. Собственно процесс развития происходит по генетически заложенной схеме, поэтому знание особенностей растения в тот или иной период и возможное влияние на него в определенное время может стать залогом высокой урожайности.

36
Пшеница Физиология растений и формирование урожайности

Общеизвестно, что семена озимой пшеницы начинают прорастать при температуре почвы 4 -6°С. Наиболее интенсивно прорастание происходит при температуре 20-25°С. При таких условиях первые всходы появляются уже менее чем через неделю после посева.

Однако оптимальную температуру прорастания следует определить в диапазоне 12 -17°С, тогда при нормальных условиях продолжительность фазы всходов колеблется от двух до трех недель. Знание физиологии растений позволяет достаточно точно определить дату прорастания и достаточно надежно рассчитать дальнейшее развитие растения, зная особенности его роста.

Следует помнить, что для прорастания при благоприятных условиях, т.е. наличия влаги, хорошего контакта с почвой и присутствии воздуха, семенам необходимо, чтобы сумма суточных температур в почве достигла 90°С. Следовательно, если после посева средняя дневная температура стабильно держится на уровне 9°С, то первые всходы можно ожидать уже через 10 дней.

Также по сумме температур можно рассчитать время листообразования. Для формирования одного листа растение зерновых должно накопить в среднем сумму температур в 70°С. В целом, разделяя факторы влияния на посев на эндо- и экзогенные, к первым следует отнести собственную фитогормональную регуляцию растений, их генотип, обеспеченность питательными веществами и структуру посевов; а к внешним – влияние температуры, течение яровизации, а также действие света и продолжительность светового дня.

ФАЗЫ РАЗВИТИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

Конечно, изменить погодные условия человек не в состоянии, но благодаря пониманию их влияния на растение может хорошо спланировать его развитие. При этом речь идет прежде всего о правильном выборе времени сева, что имеет решающее значение для дальнейшего развития озимой пшеницы. Именно от него зависит, на какой именно стадии развития она войдет в зимний покой и насколько высокими будут ее шансы к перезимовке, как быстро начнется дальнейшее развитие и когда можно ожидать урожай.

ФАЗЫ РАЗВИТИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

Зная, что происходит с растениями на определенной стадии роста, можно правильно планировать их дальнейшее развитие. Так, одним из критических периодов роста пшеницы является стадия развития трех листов. Неблагоприятные условия в этот период могут навредить посевам и даже уничтожить их.

Именно на этой стадии происходит переход растения от питания за счет запасов питательных веществ в семенах к питанию за счет собственной корневой системы. Следовательно, если на этой стадии пшеница уходит в зиму, ее чувствительность к низким температурам, застою влаги и изменениям в почве значительно увеличивается. Поэтому при расчете оптимального времени сева следует учитывать не только особенности раннего или позднего сорта, но и запланированное течение изменений погодных условий в соответствующем регионе и время наступления в нем периода зимнего покоя.

КУЩЕНИЕ ПШЕНИЦЫ

Характерной биологической особенностью хлебных злаков является их свойство куститься, что определяется появлением боковых побегов и узловых корней. Обычно к стадии кущения пшеница переходит после образования 3-4 листов. Наиболее благоприятной температурой для кущения озимой пшеницы является 13-18°С, а при 2-4°С кущение почти полностью приостанавливается. Узел кущения является основным органом растения, и если он отмирает, растение погибает. Как правило, он расположен в грунте на глубине 1,5 -3,0 см и способен выдерживать значительные низкие температуры – почти до — 20°С.

В зависимости от срока сева и развития растения до времени наступления зимы может наблюдаться как осеннее, так и весеннее кущение. Число стеблей, которые образуются во время кущения на одном растении, принято называть коэффициентом кущения. При этом общее количество образованных стеблей обозначается как общая кустистость, а количество хорошо развитых стеблей, на которых будет формироваться колосок – как продуктивная.

Растение способно при благоприятных условиях давать большое количество боковых побегов. При этом аграрий должен регулировать их необходимое количество, либо способствуя кущению, подавляя апикальную доминанту, давая возможность редким посевам доразвиться за счет использования соответствующих регуляторов роста, либо прореживать посевы, способствуя отмиранию – редукции слабых ненужных непродуктивных побегов, которые не будут участвовать в формировании урожайности.

В обычных условиях высокая урожайность формируется при продуктивной кустистости в 2 -3 стебля. При выборе желаемой кустистости также принимают во внимание особенности сорта – формирование урожайности за счет количества колосков или их наполнения (или количества зерен или их размера). В среднем плотность продуктивного стеблестоя колеблется от 500 до 700 стеблей на м 2.

Следует отметить, что интенсивность кущения в значительной степени зависит от глубины посева. При высеве семян на глубину более 4 см процесс кущения значительно угнетается. Слишком глубокий посев  очень неблагоприятно влияет на развитие пшеницы. На прорастание, особенно в неблагоприятных условиях, растения тратят слишком много энергии. Соответственно запасы питательных веществ в семенах заканчиваются раньше, чем растение приобретает способность добывать их за счет собственных корней, поэтому значительная часть посева погибает.

Также интенсивность кущения снижается при слишком высоких нормах высева. Многие хозяйства пытаются компенсировать потери растений уже во время посевной, увеличивая норму высева, но тем самым совершают  еще большую ошибку. Слишком плотный посев увеличивает конкуренцию между растениями за питательные вещества, свет и, прежде всего, за воду.

Многие слабые растения так или иначе на определенной стадии развития отмирают, но предварительно забирают на свой рост значительное количество ценных резервов. Растения, особенно при несоответствующей подготовке почвы и ее плохой структуре, не получают необходимое им пространство для развития.

Оптимальным расстоянием между растениями пшеницы считается 3 см. Соответственно, в зависимости от ширины междурядья можно высчитывать оптимальное количество растений на м 2 : при 12 см – 160 -400 растений; при 16 см – 120 –300 растений; при 25 см – 80-200 растений. Прореживание же посевов для исправления ошибки, заложенной уже во время высева, просто экономически неоправданно. Следовательно, интенсивность высева должна просчитываться заранее с учетом условий соответствующего места для выращивания, наличия питательных веществ и влаги, а также особенностей определенного сорта.

Собственно, способность к кущению зерновых является очень положительным свойством растений. Большая часть сортов формирует до 50% их урожайности именно на боковых побегах.

ПОНЯТИЕ И ВАЖНОСТЬ ПРОЦЕССА ЯРОВИЗАЦИИ

Важной особенностью пшеницы, как и большинства озимых зерновых, является необходимость прохождения ею процесса яровизации. Это физиологическая реакция растений на охлаждение, вызванная адаптацией к сезонным изменениям умеренного климата. Для цветения и образования семян – перехода к генеративному развитию – эти растения должны подвергаться воздействию низких температур (от 2 до 10°C) в течение определенного периода.

Яровизация является холодовым раздражающим фактором, при котором температура играет столь же немаловажную роль, как и продолжительность ее воздействия. Так, для озимой пшеницы для успешного прохождения яровизации необходима температура на уровне 0 -1°C в течение 40-70 дней; для озимого ячменя – 0-3°C, 20-40 дней; для озимой ржи 0-5°C, 30-50 дней.

Реакция растений на температурные и световые изменения позволяет адаптироваться к условиям существования, используя при этом наиболее благоприятные сроки цветения и образования семян. Переход пшеницы к генеративному развитию происходит в две фазы: индукции и эвокации. В фазу индукции растение реагирует на внешние изменения – температуру (яровизация) и изменение продолжительности светового дня (фотопериодизм), а также возраст растения (эндогенная регуляция). Эти изменения действуют на растительный организм как стимул к подготовке к цветению. В фазу эвокации в верхушечных меристемах происходят количественные и качественные биохимические изменения, результатом которых является инициация цветения.

Пшеница, как и все озимые культуры, относится к первой из трех общих групп растений, которая не может перейти к цветению без предварительного воздействия низких температур. Второй группе растений низкие температуры необходимы для ускорения перехода к цветению, однако для их общего развития феномен яровизации не является необходимым. Третьей же группе растений, к которым относят все яровые культуры, и яровую пшеницу в частности, влияние низких температур для индукции генеративного развития вообще не требуется. Поэтому способность к цветению в яровых и озимых культурах заложена еще в их генетическом коде. Например, генетическая разница между озимой и яровой рожью заключается в одном гене, который отвечает за сроки цветения растений.

Также различают качественную и количественную реакцию растений на холодовой раздражитель. Качественная реакция свойственна многолетним растениям, которые вообще не способны зацвести без прохождения яровизации. Количественная же реакция присуща однолетним и ускоряет срок их цветения, происходя еще в прорастающих семенах. Холодовый раздражитель вызывает ожидаемый эффект только при определенной продолжительности воздействия.

Яровизация замедляется или не происходит, если период охлаждения слишком короткий или температура превышает +15°С. Яровизационные изменения могут быть прекращены, если на растение будут воздействовать высокие температуры (25 -40°С) на момент подготовки к генеративной фазе. При таких температурах способность меристемы к образованию цветения теряется.

Таким образом, наблюдая за развитием растения, можно с достаточной точностью обнаружить, когда именно у него начнется закладка генеративных органов (обычно со стадии двух узлов), как быстро оно перейдет от формирования обычной зеленой массы к цветению и образованию зерна и когда именно оно будет наиболее чувствительно к проведению тех или иных агротехнических мероприятий.

ЯВЛЕНИЕ ФОТОПЕРИОДИЗМА

С яровизацией также тесно связано явление фотопериодизма – реакции растений на соотношение продолжительности темного и светлого периода суток (фотопериодов). В ходе реакции растений на фотопериодизм в их листьях образуются фитогормоны – гиббереллины, также стимулирующие цветение, попадая в вегетативные почки – зачатки будущих цветков.

Для пшеницы и ржи – озимых зерновых – реакция сначала на температурные раздражители, затем на смену освещения может быть последовательной. Вообще пшеница является растением длинного светового дня. То есть, если сев был осуществлен так, что растение еще до зимы получило соответствующий стимул к переходу к генеративному развитию и это еще пришлось на период, когда световой день длиннее ночи, то есть до равноденствия, выход в трубку и формирование колоса может начаться уже осенью. В результате слишком высокие растения с формирующимся колосом становятся слишком чувствительными к заморозкам и другим повреждениям.

Чувствительность растения к изменению продолжительности светового дня следует учитывать и при планировании необходимых агротехнических мер. Так, если возобновление вегетации весной на определенных местах выращивания из-за позднего роста температур наступает уже тогда, когда световой день больше ночи (возможно, где-то на 5 апреля, когда световой день достигает уже 14 часов), растение может сразу же перейти к стадии выхода в трубку с формированием генеративных зачатков, не давая таким образом необходимого времени для улучшения плотности посевов, то есть практически исключая весеннее кущение.

Требования к продолжительности светового дня отличаются и у отдельных групп сортов: быстрорастущих – короткодневный тип  и медленнорастущих – долгодневный тип.