Пшеница и плодородность почвы

Если снабжение водой будет недостаточным для сохранения минимального тургора в клетках разных тканей, это вызовет сброс побегов (или они не будут формироваться), колосков или цветков (или отсутствие их формирования), а также не даст налиться зерну.

При лимите своих ресурсов растение генетически запрограммировано формировать по крайней мере один колос и одно или несколько семян в этом колосе. В то же время, если нет ограничения в обеспечении растения водой, оно способно формировать много колосьев с максимальным количеством семян в каждом.

Такой же принцип ограничения ресурсов применим к питательным элементам в почве. Питательные вещества вместе с углекислым газом в атмосфере – это строительный материал, из которого растение формирует себя. Чем большее растение обеспечивается строительным материалом на любой стадии своего развития, тем ближе оно к своему максимальному (абсолютному) генетическому потенциалу. Но чем больше растение, тем больше его потребность в строительном материале, необходимом для полноценного роста и развития.

При отсутствии заболеваний, засух или других неблагоприятных факторов, пшеница в фазе выхода в трубку будет иметь половину (по массе сухого материала) своего максимального зрелого размера. Далее, чтобы завершить вегетацию и сформировать минимальный от своего генетического потенциала урожай, пшеница нуждается в минимальном обеспечении как микро-, так и макроэлементами. Макроэлементы, необходимые для построения, сохранения и функционирования клеток и клетчатки, включают в себя: азот, фосфор, калий, кальций, магний и серу. Микроэлементы также важны для ключевых процессов, происходящих в клетке, но необходимы в незначительном количестве. К ним относятся цинк, медь, марганец, молибден, бор, железо и хлор.

АЗОТ ДЛЯ ПШЕНИЦЫ

Растение пшеницы нуждается в азоте для выработки протеина. Поскольку протеин составляет внутреннее содержание клетки, он необходим в большем количестве, чем любой другой питательный элемент. Растение пшеницы, ощущающее дефицит азота, сначала становится светло-зеленым, а затем желтым. Этот симптом сначала проявляется на самых старых листьях, а затем прогрессирует и на молодые. Более старые листья в конечном итоге становятся коричневыми и отмирают, в то время как растение направляет ограниченное количество азота к самым молодым листьям.

Пшеница может поглощать азот в виде аммония или нитрата. Аммоний не мобильный в почве. Имея положительный электрический заряд, этот ион удерживается в почве. Нитраты, являясь отрицательно заряженными, мобильны в почве и вымываются просачивающейся водой.

Чтобы достигнуть амония, корни должны широко разветвляться в почве. Диффузия амония в корнях хотя и имеет место, но протекает очень медленно, чтобы удовлетворить потребность растения в азоте. Нитраты же, передвигающиеся в почвенном растворе, могут достигать даже базовых корней. Все полученные растением нитраты преобразовываются внутри растения сначала в аммоний, затем в аммонийную кислоту для образования протеина растения.

Растение пшеницы реагирует на нехватку азота формированием маленьких листьев и меньшего количества побегов (или их отсутствием). Любой сбой в обеспечении растения азотом, совпадающий во времени с прорастанием спящей почки нового побега, выражается в том, что эта почка совсем не прорастает.

В то же время растение продолжает формировать новые побеги до тех пор, пока в него поступает азот и пока не начнут действовать какие-либо другие ограничивающие факторы или не поступит сигнал (сумма активных температур или продолжительность дня) до удлинения стебля (перехода в фазу трубкования), а следовательно, и к прекращению формирования побегов.

Например, озимая пшеница, высеянная в конце лета на выпас, являясь обеспеченной в достаточном количестве азотом, а также фосфором и другими питательными веществами, может потенциально сформировать до 30 побегов на одном растении до того момента, пока оно не получит сигнал о изменении продолжительности дня, или до ограничения в снабжении водой или любых других факторов, влияющих на рост.

Во время развития растение при распределении и перераспределении азота в первую очередь заботится о молодых побегах и их листьях. Поскольку почка побега формируется в период фазы третьего листа, в это время особенно важно наличие азота для поддержания формирования побегов с самого начала.

Если для корректировки дефицита азота, выявленного во время формирования 4 и 5 листа, поверхностно внести удобрения после формирования 6 листа, то это будет слишком поздно для формирования первых двух побегов. Третий побег может сформироваться, но первый и второй, а заодно и высокий урожайный потенциал, будут потеряны. По сути, недостаток снабжения азотом после формирования первых двух или трех побегов ограничит размеры растения до одного главного стебля и трех побегов. Это неизбежно даже тогда, когда обеспечение водой и другие факторы позволяют иметь большее количество побегов и, следовательно, потенциально растение большего размера.

С получением сигнала о переходе в фазу удлинения стебля растение будет направлять азот на формирование не новых побегов, а основного стебля и новых листьев на существующих побегах.

Внесение азотных удобрений после завершения фазы удлинения основного стебля может способствовать увеличению количества цветков в будущем колосе (азот должен попасть в растение) и, возможно, концентрации протеина в зерне. Но будет уже поздно влиять на количество колосьев и, вполне возможно, на количество колосков в них. Внесение азотных удобрений после завершения фазы выхода в трубку уже не будет влиять на число колосков или цветков, но положительно скажется на содержании протеина в зерне (при условии, что азот будет абсорбирован растением, направлен в стебель, а затем в колос). Азот, внесенный на поверхность почвы после цветения, не повлияет на содержание протеина в зерне, тогда как листовые подкормки способны увеличить его содержание в зерне.

Целью менеджмента выращивания качественной пшеницы является максимальное содержание азота в растении, сохранение этого элемента в пожнивных остатках для будущего урожая, а также сведение к минимуму

При использовании азота важно четко понимать, какой вы хотите получить урожай и, соответственно, какие для этого необходимы параметры колосьев (их количество, длина и т. п.). Количество азота, которое необходимо внести в той либо другой фазе развития растения, можно рассчитать, определяя его содержание в соответствующие фазы развития. При обеспечении пшеницы избыточным количеством питательных веществ при формировании побегов и при отсутствии других лимитирующих факторов растение будет поглощать все больше азота, в результате чего сформирует больше побегов. В конце концов, оно может перенаправить азот от листьев к стеблю, а затем к колосу и зерну. В такой ситуации растение не будет консервировать азот в почве для дальнейшего его использования. Почему пшеница,

Дефицит азота сначала проявляется на старых листьях, а затем прогрессирует и на молодые.

При выращивании пшеницы определенное количество азота выносится из поля с зерном при сборе урожая. Остальный азот остается на поле в пожнивных остатках (солома, мякина, корни) и становится доступным для следующей культуры после разложения остатков и минерализации азота.

Этот азот потом может теряться из-за выщелачивания, денитрификации, поверхностного стока и эрозии почвы, при которой с водой и почвой вносятся нитраты и аммоний. Удержание наибольшего количества азота в растении, сохранение его в пожнивных остатках для последующей культуры сведет к минимуму его утраты. Это должна быть одна из целей менеджмента выращивания пшеницы.

ФОСФОР

Фосфор входит в состав мембраны клетки и служит для передачи и сохранения энергии в растении. Как и азот, водород, кислород и углерод, он является частью структуры ключевых молекул в клетках, включая ДНК. Фосфор также имеет огромное значение для поддержания жизнеспособности имеющихся клеток растения. Без адекватного обеспечения этим элементом функции существующих клеток, а также генерация новых будут сильно ослаблены или прекращены.

Растение пшеницы, испытывающее дефицит фосфора, задерживается в развитии и формировании колосьев, стебель формируется тонким, корневая система – плохой, листья – меньшего размера и по цвету темнее обычного, созревание растения будет затянуто. Красноватые или пурпурные листья – один из симптомов дефицита фосфора в растении. Хорошее обеспечение растений фосфором будет стимулировать формирование мощной корневой системы и ускорит созревание пшеницы.

Фосфор в почве находится в виде фосфата с относительно слабой растворимостью в воде. Следовательно, он не очень мобилен, поэтому в почве корни должны дорасти до фосфора. Минерал легче поглощается корнями в почвах с рН около 6,0–7,5. Этот показатель будет иметь разное влияние на разных почвах и на разные растения. На кислых почвах фосфор вступает в реакцию с железом и алюминием, образуя при этом менее растворимые соли и уменьшая его доступность для растений пшеницы. В щелочных почвах он вступает в реакцию с кальцием, образуя малорастворимые соли, которые также мало доступны растению пшеницы.

Проблема закрепления фосфора в кислых и щелочных почвах может быть сведена к минимуму путем внесения фосфорных удобрений ленточным способом перед или во время сева. Ленточное внесение фосфора под семена во время сева более предпочтительно, чем внесение удобрений вместе с семенами, поскольку в первом случае отсутствует непосредственный контакт молодых проростков с удобрениями. Внесение фосфора совместно с аммонийным азотом увеличивает его поступление в растения пшеницы.

Лучше всего подкормку пшеницы фосфором производит в соответствии с данными тестирования почвы. Фосфорные удобрения лучше применять, когда в почве не достаточно питательных веществ. В зависимости от состояния корневой системы внесение фосфорных удобрений целесообразно осуществлять при среднем содержании питательных веществ в почве. Если же содержание фосфора оценивается как высокое, то этого не нужно делать. Фактическая концентрация фосфора, которая считается низкой, средней или высокой, будет разной на разных почвах. Таким образом, необходимо сверить свои данные с местными источниками, чтобы получить более точную рекомендацию.

Урожайность пшеницы в зависимости от применения фосфора, особенно при ленточном его внесении, зависит от способности корневой системы достать (исследовать почву) и абсорбировать это питательное вещество. Растение пшеницы с развитой корневой системой и множеством корневых волосков идеально подходит для того, чтобы плотно заполнить почву в поисках фосфора. Если же волоски были уничтожены болезнетворными микроорганизмами, растение может испытывать нехватку фосфора. Чем короче севооборот, тем большее будет поражение корней болезнями и, соответственно, абсорбирующая способность корневой системы будет ниже.

Пшеница, выращиваемая в трехпольном севообороте, будет расти с нормальными показателями даже при низком снабжении ее фосфором. В то же время пшеница, выращиваемая в монокультуре, из-за наличия в почве большой концентрации болезнетворных микроорганизмов, поражающих корни, может положительно реагировать на удобрение фосфорное даже тогда, когда анализ грунта указывает на среднюю или высокую концентрацию этого элемента.

СЕРА

Сера, как и азот, – составная часть протеина в растениях, поэтому является строительным материалом для формирования новых клеток и тканей растения. Симптомы дефицита серы в основном такие же, как и симптомы дефицита азота, но более ярко выраженные. Растение пшеницы при недостатке серы в фазе кущения становится низкорослым со слабой кустистостью, а также приобретает определенную окраску – от светло-зеленой до желтой.

Растение получает серу из почвы в виде сульфата, содержащего 35% серы. В зависимости от того, в какой форме сэра находится в почве, она может быть достаточно мобильной (хотя и не настолько, как азот) и благодаря этому поступать в корни вместе с почвенной водой, а также опускаться вниз по почвенному профилю. При интенсивной технологии выращивания пшеницы в монокультуре почва истощается. В этом случае необходимо вносить сульфатные удобрения.

Будучи составной частью протеина, сера также является составной частью органических веществ, находящихся в почве. Она медлительно высвобождается в процессе микробного разложения (минерализации органического вещества). Таким образом, почвы с малым содержанием органических веществ нуждаются в сульфатных удобрениях.

КАЛИЙ

Калий необходим растению для сохранения баланса положительного и отрицательного заряда наружной и внутренней стороны клетки. Он также задействован в процессах транспортировки продуктов фотосинтеза и активизации определенных ферментных систем. Кроме того, калий выполняет определенные функции в регулировании напряжения тургора клетки. Ионы калия поглощаются или выталкиваются из клетки для сохранения электрохимического баланса.

Ионы калия, являясь положительно заряженными, удерживаются в почвенном обменном комплексе, и они относительно немобильны, особенно в некоторых глинистых почвах, если не заменяются другими положительно заряженными ионами. Вообще корни растения пшеницы должны дорастать до ионов калия. Калий довольно медленно проникает в корни.

Взрослые растения пшеницы при дефиците калия уменьшаются в размерах и имеют слабый основной стебель (из-за коротких и тонких междоузлий). Листья становятся желтыми и со временем усыхают, начиная с верхней части стебля. Затем начинают желтеть по краям и более старые листья. Корни дополнительных побегов либо вообще не развиваются, либо развиваются слабо по сравнению со здоровыми корнями. Многие из этих симптомов типичны для растения, подверженного стрессу во время засухи.

Дефицит калия обычно проявляется на песчаных и, в большой степени, на выщелоченных почвах, где годовой уровень осадков чрезмерный.

Поскольку калий, как и фосфор, относительно немобилен в почве, степень реакции пшеницы на применение калийных удобрений будет зависеть от абсорбирующей способности корневой системы. Заболевание корней, низкая температура почвы и другие факторы, которые могут повлиять на рост корней и их абсорбирующую способность, могут выразиться в дефиците калия, даже если данные тестирования почвы указывают на достаточное наличие питательных веществ в ней. Тестирование земли является первым обязательным шагом в программе менеджмента внедрения удобрений. Но производители зерна должны иметь в виду, что севооборот, срок сева и другие моменты технологии выращивания пшеницы могут существенно влиять на необходимость применения калийных удобрений и их эффективность. Как и фосфорные, калийные удобрения в большинстве случаев лучше вносить ленточным способом.

КАЛЬЦИЙ

Кальций в растении пшеницы необходим для мембраны клетки и развития корневых волосков. Он также служит скрепляющим материалом между клетками. Существует мнение, что кальций усиливает транспортировку и содержание некоторых питательных веществ (таких, как калий) в ткани корней. Поскольку кальций в растении немобильный, в первую очередь ощущает его дефицит молодая ткань. Характерными симптомами дефицита калия являются уменьшение размера корней, а также снижение числа побегов.

Вообще о симптомах дефицита кальция говорят очень редко. Одной из обстоятельств этого является проявление его дефицита почаще всего на кислых почвах. Он обычно маскируется отрицательным действием других факторов, например, таких, как излишек алюминия и марганца. Кальций может считаться лимитирующим фактором для пшеницы в основном на почвах с рН ниже 5,0.

Когда для поднятия уровня рН почвы применяется известь, то внесенный кальций будет, скорее всего, ограничивающим фактором, а не питательным элементом. Одним из положительных моментов применения извести является то, что она уменьшает концентрацию алюминия и марганца и в результате увеличивает доступность некоторых питательных элементов растению, которые были в ограниченном количестве в кислой почве. Кроме того, известь улучшает структуру почвы.

МАГНИЙ

Магний играет структурную роль в хлорофилле, что является существенным фактором фотосинтеза в растении. Как и фосфор, магний нужен для обычного функционирования клеток растения. Пшеница содержит менее 1,5–2 кг магния в 1 т зерна и выносит со всей надземной массой растений в целом менее 3,0–3,5 кг/т зерна. Концентрация магния в пшенице может быть повышена за счет внесения ленточным способом при посеве таких удобрений, как сульфат магния вместе с семенами пшеницы или по всходам пшеницы.

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ

Железо, цинк, медь, марганец, бор, молибден и хлор участвуют во многих биохимических реакциях, протекающих в клетках растения. Некоторые из них только содействуют процессу образования протеина, другие же имеют критическое значение для функционирования клеток. Как фосфор, калий и магний, питательные микроэлементы имеют огромное значение для основных функций клеток, а также для их восстановления, но потребность растения в них намного меньше.

Симптомы дефицита железа, марганца или меди проявляются в первую очередь на новых органах растения. Однако дефицит цинка проявляется сначала на старых листьях. Можно предположить, что растение само перенаправляет этот питательный элемент к новым листьям за счет старых.

Растение, испытывающее дефицит одного из микроэлементов, отстает в росте, поэтому, как правило, имеет маленькие размеры и малое количество побегов. Самые очевидные симптомы проявляются на листьях: они сначала желтеют, обычно между жилками (междужильный хлороз), а затем полностью теряют свой цвет. Потребность пшеницы в микроэлементах очень незначительна: это только одна сотая или одна тысячная от ее потребностей в макроэлементах – кальции, магнии, сере. Однако их дефицит иногда становится ограничивающим фактором для получения планируемого урожая.

Дефицит в цинке, марганце, меде и железе больше будет создавать проблему на щелочных почвах, поскольку эти микроэлементы становятся менее доступными с увеличением уровня их рН.