Весенняя депрессия растений

Можно ли получить урожай из слабых посевов

На такой вполне логичный вопрос дать конкретный ответ непросто. Прежде всего нужно учесть многие факторы, большинство из которых неопределенны. Начнем с самых значимых. Когда начнется весна? То есть, в какие календарные сроки начнется весенняя вегетация после зимнего покоя растений озимых культур: пшеницы, ячменя, рапса, ржи, тритикале и многолетних трав? Такая информация интересует аграриев не просто так: это профессиональный вопрос. Начало весенней вегетации может быть определяющим для грядущего урожая. Однако все по порядку.

Чтобы говорить о проблемах весны, вернемся к минувшей осени. Специфика времени выпадения дождей, наличие в пахотном слое влаги, продолжительность теплого периода в конце прошлого года определяли уровень роста и развития растений озимых культур и их готовность к перезимовке. На каком этапе органогенеза и с какими запасами сахаров растения озимой пшеницы или озимого ячменя ушли в зиму прошлого года?

Отлично, когда растения этих культур с момента сева имели доступную влагу и до наступления зимнего покоя начали фазу кущения и формирование вторичной корневой системы. Такие растения в течение осенней вегетации получили более 300 С суммы эффективных температур (более 5 С) и накопили достаточные запасы сахаров. Они обладают достаточным запасом прочности для преодоления зимних испытаний. Весной для таких растений колебания погоды не будут создавать новые риски, такие посевы способны в будущем формировать высокий урожай.

Однако большинство площадей озимых культур ушли в зиму в ослабленном физиологическом состоянии. Позднее выпадение дождей позволило им начинать вегетацию только во второй половине октября. Прохладная осень не позволила растениям добиваться высокого уровня развития и накопления сахаров. Впрочем, мягкая зима в большинстве регионов позволит ослабленным посевам озимой пшеницы успешно перезимовать.

Какие перспективы получить высокий урожай зерна на таких посевах? Прежде всего, это будет зависеть от специфики будущей весны. Если возобновление вегетации будет в третьей декаде февраля — первой декаде марта, растения озимых пшеницы и ячменя до наступления весеннего равноденствия (21 марта) завершат процессы роста и развития, которые они не осуществили в осенний период: начало кущения, начало формирования вторичной корневой системы. Такие растения могут сохранить способность проявлять в последующие периоды вегетации высокую биологическую продуктивность. У них будет мощная вторичная корневая система (проникающая до 1,2–1,7 м глубины в почву), несколько продуктивных стеблей. При проведении соответствующего весеннего ухода они могут формировать весомый урожай зерна (4,5–6,5 т/га).

При поздней весне, то есть, когда активная вегетация озимых культур начнется в третью декаду марта и позже (после весеннего равноденствия), ситуация будет развиваться по-другому. Стратегия роста и развития растений озимой пшеницы вероятнее всего пойдет по пути выживания. Что это значит на поле? Вышедшие из зимовки растения культуры имея несколько листьев и первичную корневую систему, даже при наличии необходимого уровня минерального питания не формируют узла кущения и вторичной корневой системы. Такие растения будут формировать в процессе вегетации только один стебель и маленький колос. Проведение подкормок существенно не улучшит ситуацию, и такие посевы будут иметь уровень урожайности 1,5–2,5 т/га зерна. То есть ослабленные с осени посевы, что не имели возможность компенсировать рост и развитие рано весной, в течение следующей вегетации будут очень уязвимыми к воздействиям внешней среды.

Первичная корневая система (до 30-40 см глубины в почве) не способна полноценно обеспечить растения в течение вегетации водой и минеральными веществами. То есть такие растения находятся постоянно в разных формах стрессов. Зимой – от низких температур, весной и летом – от дефицита воды, высоких температур, сорняков (являющихся источником еще и энергетического (светового) стресса), болезней и вредителей.

Что усугубляет «депрессию» растений

Возникает логичный вопрос: почему ослабленные растения озимых культур не реагируют положительно на меры по уходу за посевами? Ответ должен быть комплексным и учитывать различные аспекты, взаимно дополняющие и влияющие друг на друга. Кратко их напомним.

Всем известно, что наследственность растений записана на хромосомном аппарате в ядрах, митохондриях и пластидах клеток. Однако генотип не является жесткой инструкцией для процессов онтогенеза. Реализация информации генотипа требует соответствующих условий в процессе вегетации. То есть онтогенез растения может пойти по разным версиям. Самыми чувствительными к влиянию внешних факторов молодые растения: ювенильный и иматурный этапы онтогенеза. Наличие стрессов разной природы в эти периоды невозможно полностью компенсировать в последующую вегетацию.

Молодые растения тонко реагируют на изменение продолжительности ночи и дня, особенности структуры спектра солнечных лучей, доходящих до листьев. Реагируют прежде всего изменениями собственной стратегии прохождения онтогенеза. То есть растения как живые системы активно реагируют на разные влияния среды и адаптируют свой биохимизм и физиологические процессы к конкретным условиям вегетации.

Однако предстоящая весна способна предложить земледельцам не только разные сроки начала вегетации посевов. Немаловажным фактором воздействия является и температурный режим весенней вегетации. На энергетические факторы воздействия среды уровень освещения и температуру реальное влияние земледельца наименьшее, однако их значение очень значительно. Низкие температуры снижают активность работы корней и корневых волосков, прежде всего процессы дыхания и активного мембранного переноса ионов из почвенного раствора в цитоплазму. То есть при относительно низких положительных температурах почв растения озимых культур могут иметь стрессы другой природы: дефицита соединений минерального питания в тканях при их реальном наличии в почвенном растворе. Особенно остро такие ситуации проявляются с дефицитом соединений фосфора и азота.

Если растворенные в воде соединения азота могут иметь как положительные (NH4+), так и отрицательные (NO3–) заряды, то ионы фосфора традиционно несут отрицательные заряды (РО4–—).  Положительно заряженные ионы способны сами активно проникать через биологические мембраны из почвенного раствора в цитоплазму корневых волосков. В то же время усвоение отрицательно заряженных ионов (РО4— и NO3-) возможно только в результате активного мембранного переноса, которое происходит с затратами энергии клеток корневых волосков. Энергию для выполнения такой работы клетки получают в форме молекул АТФ, формирующихся в митохондриях в результате окисления молекул глюкозы. Для такого окисления требуется свободный кислород (О2), поступающий в процессе дыхания клеток корневых волосков из почвенного воздуха. Соответственно, для усвоения растениями соединений фосфора необходимы активные процессы дыхания, возможные только при наличии соответствующих температур. При низких температурах процессы дыхания и обмена веществ замедлены, усвоение даже имеющихся в почвенном растворе соединений минерального питания с отрицательными зарядами будет затруднено. Соответственно, растения озимых и ранних яровых в условиях холодной весны будут иметь стрессы из-за дефицита имеющихся соединений фосфора и частично азота в тканях.

Напомним также, что именно соединения фосфора обеспечивают энергетический обмен в растениях и оказывают непосредственное влияние на рост и развитие корневой системы и формирование и развитие будущих генеративных структур растений (цветков, плодов). Поэтому условия весны могут оказывать как положительное, так и негативное влияние на процессы роста и развития, в частности закладки будущих структур, которые будут формировать урожай.

Как известно, будущие генеративные структуры цветков и колоса еще на уровне меристемы растения озимой пшеницы формируют до окончания фазы кущения, то есть весной. Основа будущего урожая зерна колосовых культур будет заложена еще в третьей декаде апреля – первой декаде мая. Поэтому задача земледельца — максимальное содействие таким процессам и смягчение негативного влияния колебаний погоды на столь важном и чувствительном этапе органогенеза.

Как «смягчить» стрессовое состояние

Среди различных форм стрессов одними из важных являются стрессы из-за дефицита воды. Но какой дефицит воды весной, когда в почве есть зимний запас влаги? Да, он еще есть. Однако какова его величина и на какую продолжительность вегетации молодых посевов его хватит? Тема обеспечения растений водой многоплановая и широкая, она заслуживает отдельного и детального анализа, поэтому коснемся ее лишь коротко.

Остановимся на двух важных показателях: транспирации и испарении воды из почвы. В весенний период температура воздуха редко бывает экстремально высокой. В основном она составляет +15…+27 °С, то есть достаточно приемлема для большинства сельскохозяйственных растений. В то же время весна – пора ветров. Особенно ветров с юга, востока и юго-востока. Воздушные массы из глубины материков Азии и Африки, часто с территории пустынь, в такой период всегда имеют низкий уровень относительной влажности (16–45%). Это приводит к очень интенсивной транспирации молодыми растениями влаги листвой. Для ее обеспечения корневые системы работают максимально, ведь растениям нужно иметь открытые устьица для осуществления, кроме транспирации, еще и процессов фотосинтеза, без которых невозможны процессы роста и развития.

Эти расходы дополняются еще и потерями воды в результате интенсивного испарения с поверхности грунта (по причине повышения скорости движения приземного слоя воздуха). Проведение боронования уменьшает такие потери частично; слой растительной мульчи (2-3 см толщиной и равномерное размещение на поверхности поля) защищает более интенсивно, однако полностью потерь не останавливает.

Лучшим и эффективным мероприятием от таких нерациональных потерь запасов влаги является системное формирование микроклимата на полях. Мы не можем самим выбирать особенности потока воздуха и уровень его относительной влажности. Однако можно реально снизить скорость приземного слоя воздуха до приемлемых параметров. Лучше всего такую ​​роль выполняют системы полезащитных лесополос продувочного или ажурного типа. Их защитное действие может быть усилено кулисными посевами и полосовым размещением посевов разной высоты. Над посевами нужно движение воздуха, однако его оптимальная скорость — 1,5–2,0 м/с.

В степной зоне, а часто и в других почвенно-климатических зонах, весенние и летние ветры преимущественно имеют скорость 4-6 м/с и больше. Потери влаги из пахотного слоя почвы при температуре +17…+28 °С и относительной влажности 16–45% и скорости ветра около 4–6 м/с составляют 6–9 мм в сутки. Через неделю такой погоды с полей вылетает с ветром 42–63 мм доступной влаги. Выпадение дождей существенно не улучшает ситуацию с влагой из-за негативного влияния сильного ветра. За сколько дней вода агрономически ценного дождя в 30 мм полностью будет потеряна почвой и посевом.

Другого эффективного пути противостояния потерям влаги из пахотного слоя и процессам дефляции нет. Для реального избежания негативного влияния таких специфических стрессов у молодых растений сельхозкультур все более актуальной становится необходимость активной лесной мелиорации. Нам нужно сохранение, восстановление и посадка новых лесополос для защиты от наступления негативных изменений климата и усиления уровня удушья в теплый период года. Это дело не одного дня или вегетационного периода. Это большая и ответственная работа, однако ее исполнение способно существенно повысить надежность всего аграрного комплекса страны на многие десятилетия.