Какие факторы могут снизить урожай пшеницы

Факторы урожая пшеницы. Рост и развитие здорового растения

(Продолжение, начало в № 7, 2011) Рост и развитие пшеницы могут сдерживать многие факторы окружающей среды, включая неблагоприятную температуру, недостаточную сумму активных температур за вегетационный период, недостаток влаги и света, короткая продолжительность дня, а также физические и химические свойства почвы. Кроме того, урожай пшеницы может быть ограничен такими погодными явлениями, как заморозки, стрессы из-за высокой температуры в критические периоды развития растения и пр. Фермеры не могут полностью управлять этими факторами. Но, чтобы правильно планировать и применять агротехнические мероприятия и получать наибольшую отдачу от растения, нужно знать, какие ограничения оказывают эти факторы на урожай в отдельно взятом году или географическом районе. (Опубликовано в № 08.2011 г.)

В предыдущей публи­кации («Зерно» № 7, 2011) мы рассказы­вали об абсолютном, экономически доступном и достижимом урожае пшени­цы (см. рис. 1). В этот раз вы узнаете о том, как можно его получить.

Фактический урожай может быть ненамного ниже дости­жимого. Главная цель этой серии статей – продемон­стрировать, что при исполь­зовании экономически рен­табельных и приемлемых с точки зрения окружающей среды методов каждое пше­ничное поле может давать урожай, близкий к достижи­мому.

Температура

Температура ограничивает рост, развитие и, соответ­ственно, возможность дости­жения желаемого уровня урожая пшеницы, по край­ней мере, по трем направле­ниям.

Во-первых, получение и раз­витие всходов, кущение и удлинение стебля, колошение, цветение и налив зерна зависят и определяются сум­мой активных температур в период вегетации. Во-вторых, пшенице необхо­димо минимальное время нахождения в благоприят­ном диапазоне температур для нормального перехода от одной фазы к другой. Толчком для более быстрого развития может быть только ускоренное накопление суммы активных температур в период вегетации. Оптимальная температура для роста и развития пшени­цы – 10-24 °С. Как более жар­кая, так и более прохладная погода отрицательно сказы­ваются на росте, развитии и продуктивности пшеничного растения. При относительно медленной аккумуляции необходимой суммы актив­ных температур в вышеука­занном диапазоне темпера­тур растения будут крупны­ми, с хорошими побегами, широкими листьями и боль­шим колосом при условии, что нет недостатка во влаге и питательных веществах. Свет при этих условиях не будет ограничивающим фактором. В-третьих, растения пшени­цы чувствительны к экстре­мальным изменениям темпе­ратуры в критической стадии развития. Результаты воздей­ствия на растение экстре­мальных температурных условий хорошо известны. Они проявляются в пораже­нии вегетирующих растений весной, гибели в зимних усло­виях, замерзании листьев или корней, а также в таком явле­нии, как запал зерна от жары. На рисунке 2 показан диапа­зон благоприятных, неблаго­приятных и летальных темпе­ратур для растения пшеницы. С точки зрения как биологии, так и экономики попытка получить значительно боль­ший или значительно мень­ший урожай пшеницы, чем достижимый при данных условиях, нецелесообразна.

Влияние высокой температуры

Пшеница, как озимое расте­ние, может выдерживать тем­пературу ниже точки замерза­ния (до -18-24 °С) при усло­вии, что она прошла закалку. Этот показатель сильно изме­няется в зависимости от вре­мени пребывания в таких условиях. При температуре выше +32-35 °С, особенно если она держится продолжи­тельный период времени, пшеница прекращает рост и даже может потерять вес (отрицательный рост). Эта культура особенно чувстви­тельна к высокой температу­ре сразу после сева, в период появления всходов и образо­вания стеблей. Она также может быть подвержена стрессу при переходе в репро­дуктивный период развития, при удлинении стебля, коло­шении и цветении. При тем­пературе почвы выше 21-24 °С семена пшеницы перехо­дят в состояние покоя. Причем это явление присуще только семенам текущего года (новым), но не семенам про­шлых лет (больше одного года). Прекращение прорас­тания и вытягивание про­ростков можно ожидать при температуре почвы больше 32 °С даже у семян, которые не перешли в состояние покоя. Температура почвы выше 20 °С, вероятнее всего, будет выше идеальной для прорастания семян пшеницы. Но возможна и другая про­блема, когда листья пшеницы подвергаются действию высоких температур. При 21-24 °С фотосинтез замед­ляется и полностью прекра­щается. При 29-32 °С и более скорость респирации (сжига­ния растением калорий) уве­личивается и превышает ско­рость образования калорий. Таким образом, если темпе­ратура листьев поднимается выше 29-32 °С, растение сжи­гает калорий больше, чем производит. Этот и является сутью отрицательного роста растений. Особенно это про­является, когда растение дли­тельное время находится в условиях повышенной респирации из-за высоких температур.

При температуре растения выше 35 °С ключевые фер­менты перестают функцио­нировать и могут быть пол­ностью дезактивированы. Испарение воды листьями оказывает на них значитель­ный охлаждающий эффект, но в жаркий период это про­исходит не всегда. Кроме того, испарение в ночное время будет совершенно несущественным, поскольку поры листьев в темноте закрываются.

При высокой температуре появляется и другой нежела­тельный эффект – усиление скорости накопления суммы активных температур. Так как растение развивается за счет своих листьев, накопле­ние органического вещества, получаемого от фотосинтеза, не будет адекватным, чтобы удовлетворить потребность в респирации и одновременно поставлять достаточно мате­риала для образования новых листьев и другой клет­чатки. В результате листья мельчают, а растение может даже не сформировать коло­са. Такая ситуация особенно опасна при переходе точки роста из вегетативной стадии в репродуктивную. Высокая температура в этот период может привести к резкому снижению количества коло­сков в колосе или к тому, что они вообще не сформируют­ся (потенциал пшеничного растения – 13-21 колосков в одном колосе). Жара в пери­од удлинения стебля может отрицательно повлиять на количество сформированных цветков в колосках, а во время цветения – привести к мужской или женской стери­лизации.

Влияние низкой температуры

Семена пшеницы могут про­растать и давать всходы в незамерзшей почве под сне­гом. Такое случилось в 1987 году на большой территории восточной части штата Вашингтон и на севере штата Айдахо после того, как семена были высеяны в сухую почву в октябре. Достаточное коли­чество влаги для прорастания семян было только в низинах и у основания холмов, выше почва была слишком сухой. В ноябре выпало достаточное количество дождей для обе­спечения влагой прорастаю­щих семян, но почти сразу после дождей поля укрылись снегом. Температура на гра­нице между почвой и снегом (если почва не замерзала) составляла 0-1 °С. Снежный покров оставался до второй половины февраля 1988 года, и к этому времени пшеница взошла. При выпадении дождевых осадков сверх нормы весной и летом 1988 года урожай был нормаль­ный. Несмотря на то что было зафиксировано две даты появления всходов, все расте­ния почти одновременно созрели. Это свидетельствует об экологической пластично­сти озимой пшеницы.

Чувствительность клетчатки пшеницы к замерзанию

Листья пшеницы могут выдерживать температуру -7-9 °С, если они не прошли закалку, и -12-18 °С – после закаливания в зависимости от сорта и возраста листа. Старые (зрелые) литья более чувствительны, чем молодые (развивающиеся). Корни погибают при температуре -3-5 °С, но это происходит редко, так как они защищены почвой. Репродуктивные органы (колоски и цветки) могут быть повреждены при температуре -2-3 °С. Нет ничего удивительного в том, что растения пшеницы гене­тически запрограммированы не выносить точку роста на поверхность почвы до тех пор, пока не аккумулируется необходимая сумма актив­ных температур или пока дни не станут достаточно длинными и угроза замороз­ков останется в прошлом.

Длительность вегетационного периода и температурный режим

Каждый регион может быть оценен на предмет возмож­ности выращивания пшени­цы по продолжительности вегетационного периода и температурному режиму. Необходимо знать длитель­ность периода, когда темпе­ратура находится в пределах, допустимых для пшеницы, и когда накапливается мини­мальное количество необхо­димых для нее активных температур. Критическим фактором для достижимого урожая будет длительность периода, когда температура будет подходящей для роста и фотосинтеза, но не такой высокой, чтобы респирация превысила фотосинтез. Риск гибели растения в зим­нее время исключается выра­щиванием яровой пшеницы, что и делают на севере Великой Равнины США.

Рис. 2. Общий диапазон благоприятных (зона максимального вегетативного роста) и неблагоприятных температур (стресс) для пшеницы. Разные части растения по-разному и в разных фазах проявляют свою чувствительность к холоду или жаре

Но из-за жаркого лета сорта яровой пшеницы должны развиваться и созревать быстро. Риск подвергнуть растение стрессу от жары в таких районах, как юго-запад Соединенных Штатов и Мексика, исключается тем, что здесь яровую пшеницу выращивают зимой. Риск стресса от жары в период перехода точки роста от веге­тативного к репродуктивно­му развитию (стадия раздво­ения и формирования вер­хушки колоса) как для ози­мой, так и для яровой пше­ницы уменьшается, если яро­вую сеять рано весной, а ози­мую – в оптимальные сроки осенью. Дата посева твердой красной яровой пшеницы в Северной Америке должна быть ориентирована на достаточно ранний период, чтобы максимальная дневная температура была меньше 27 °С на время перехода точки роста от вегетативного к генеративному развитию. Если температура будет выше критической в течение нескольких дней, это приве­дет к формированию мень­шего количества колосков на колосе пшеницы. Подсчитано, что в Северной Дакоте с каждым последую­щим днем отсрочки сева начиная с первого возмож­ного дня сева урожайный потенциал твердой красной яровой пшеницы снижается на 1%.

Однако срок сева озимой пшеницы не должен быть слишком ранним, чтобы не спровоцировать стадию покоя у семян из-за высокой температуры и не подвер­гнуть стрессу проростки. Важно также помнить о вре­дителях и болезнях. Из-за того, что рано посеянная озимая пшеница может пере­расти (перейти в начало фазы удлинения стебля), существует большой риск повреждений от весенних заморозков.

Таким образом, длительность вегетационного сезона и тем­пературный режим являются такими же ограничивающи­ми факторами урожайности, как и отсутствие влаги в почве, короткая продолжи­тельность дня или недоста­ток солнечного света. Необходимо подбирать сорта пшеницы, которые успеют завершить свое развитие в пределах оптимального по времени и температурному режиму периода вегетацион­ного сезона. Каждое сокра­щение интервала формиро­вания листового аппарата или выбор сорта с меньшим количеством листьев, чтобы войти в параметры вегетаци­онного сезона данного реги­она, имеет свою цену. Становится очевидным, что необходимо определенное минимальное количество влаги для поддержания мак­симальной скорости роста и развития пшеницы. В этом направлении нужно продол­жить исследования. Зная оптимальный временной интервал вегетационного сезона для того или иного региона, можно предсказать достижимый урожай. Можно приблизительно подсчитать урожай для дан­ной местности как средний показатель лучшего урожая в течение нескольких лет по графику оптимального периода. Кривая в этот период будет разная в раз­ные годы, но для каждой местности существуют характерные особенности и нюансы, которые можно предсказать. Регион, где предположительно будет выращиваться пшеница, может иметь длительный и идеальный период «время ­температура» от 300-350 дней с накоплением суммы активных температур (GDD), равной 2,400­2,500 °С, с невысокой и не низкой фактической темпе­ратурой. Однако здесь, воз­можно, будет недостаток осадков, необходимых для наилучшего роста и разви­тия растения. Такая мест­ность благоприятна для выращивания пшеницы, но с использованием ороше­ния. Примером такого реги­она в США может служить северная часть засушливого Колумбийского бассейна, графство Грант и прилегаю­щее к нему графство Китсап, штат Вашингтон. Нет ничего удивительного, что урожай в этом регионе будет в четыре раза больше при использовании ороше­ния по сравнению с богар­ным выращиванием. Мировой рекорд урожая пшеницы – 14,1 т/га был установлен в 1960 году в графстве Китсап. И наобо­рот, регион может иметь короткий вегетационный период (90-100 дней) с нако­плением суммы активных температур, равной 1,400­1,600 GDD, но с большим количеством осадков. Урожай в этом регионе будет невысоким. Пшеница не использует с высокой отда­чей имеющуюся в наличии влагу потому, что временной период короткий, а темпера­турный режим не оптималь­ный. Практические дей­ствия, направленные на накопление почвенной влаги в этом регионе, не всегда будут полезны, а иногда могут даже вредить. Урожай в такой местности можно увеличить ранним севом пшеницы (чтобы уве­личить временное и темпе­ратурное окно до максиму­ма), а также путем выведе­ния новых сортов пшеницы, требования которых будут отвечать условиям данной местности.

Агрономам нужно научиться рассчитывать возможный достижимый уровень уро­жая пшеницы до его уборки, используя прогноз погоды, знания о климате и фазах развития культуры. Однако всегда нужно исполь­зовать эту информацию с некоторой перестраховкой в расчете на непредсказуемые ситуации, которые могут возникнуть в поле. В любом случае, все должно основы­ваться на реальных знаниях, а не на догадках.

Вред от заморозков

Молодой развивающийся колос может пострадать в любой момент после начала выхода растения в трубку (удлинения стебля). Но до завершения фазы колошения невозможно определить, нанесен ли колосу вред. Если точка роста была повреждена до колошения, основной сте­бель или побег погибнет. В таком случае у основания растения иногда развиваются новые побеги. Колос, поврежденный морозом, будет пустой и белый. Повреждение, нанесенное колосу во время выхода в трубку или на ранней стадии колошения, может оказать негативное влияние на весь колос, только на его верхуш­ку, только на основание или на верхушку и основание одновременно, а иногда толь­ко на среднюю часть (рис. 3). Повреждение от заморозка иногда путают с поврежде­нием от засухи, которое также может проявляться пустым белым кончиком колоса.

Рис.3 . Вред, нанесенный колосу созревшей пшеницы морозом во время критической стадии его формирования. (Г.М. Паулсен, И.Г. гейне, Х.Д. Вилкинс, 1982, “Вред, нанесенный канзасской пшенице весенними заморозками”)

Тот, кто выращивает озимую пшеницу в регионе, где замо­розки имеют место в конце апреля – начале мая, навер­няка не раз видел пустые белые колосья, которые стали такими не из-за замер­зания колоса, а по причине замерзания удлиняющихся междоузлий при удлинении стебля. Этот вид поврежде­ния можно определить, сры­вая листья в порядке, обрат­ном их росту, чтобы вскрыть междоузлие одно за другим по направлению от верхуш­ки к основанию. Повреждение междоузлия четко просматривается как тонкая коричневая (часто неживая) часть стебля, обыч­но длиной 2-8 см. Этот учас­ток может быть у основания, на верхней части или посере­дине междоузлия в зависи­мости от того, какая часть стебля находилась в актив­ной стадии роста (удлине­ния), когда ударил мороз. Эта проблема характерна для озимой пшеницы, высеян­ной в ранние сроки. С яро­вой пшеницей такого прак­тически не бывает. Фермеры, которые переходят на выра­щивание озимой пшеницы в местах, где традиционно выращивалась яровая, долж­ны уметь распознавать и исключать повреждение от заморозков. Во избежание повреждений растений замо­розками сев нужно прово­дить осенью в более поздние сроки или использовать сорт, который дольше остается в состоянии покоя весной.

Гибель пшеницы зимой

При низкой температуре рас­тения озимой пшеницы гиб­нут сразу после повреждения точки роста. Если от мороза гибнут листья, но точка роста не повреждена, весной растения могут восстано­виться.

Точка роста у некоторых видов развилась так, чтобы противостоять гибели в зим­них условиях. Она достаточ­но закалена и может выдер­живать температуру до -24 °С. Пребывание точки роста при этой температуре даже в течение нескольких часов приведет растение пшеницы к летальному исхо­ду. Снежный покров толщи­ной 8-1 см может обеспечить изоляцию и предотвратить понижение температуры в области точки роста до кри­тической даже тогда, когда температура воздуха пони­жается до -34 °С или даже ниже. Однако ранний осен­ний снежный покров до завершения процесса закали­вания может сделать расте­ния очень уязвимыми, если снег растает или его сдует ветер и сразу после этого снизится температура. Закаливание – очень важный процесс для озимой пшени­цы, способствующий ее выживанию в экстремаль­ных зимних температурных условиях. Закаливание следу­ет проводить своевременно, чтобы эффект от него не был утерян весной. Степень зимнего закаливания в раз­ное время разная и зависит от перепада температур, продолжительности дня и многих других факторов. Рано высеянные растения, а также те, у которых много побегов, закаливаются мень­ше, поэтому они больше подвержены риску гибели в зимнее время. Растения, находящиеся в фазе 3-4 листьев и имеющие хорошо развитую корневую систему, находятся в идеальном состоянии своего развития, поэтому способны выжи­вать в зимнее время и вос­станавливаться весной. Если срок сева слишком поздний для того, чтобы растения могли достичь необходимых размеров для выживания зимой и восстановления весной, пшеницу в этом слу­чае желательно сеять на небольшую глубину, чтобы ускорить появление всходов.

Растения, которые взошли быстрее, после позднего сева переносят зиму легче, воз­можно, потому, что являют­ся самыми закаленными при Переходе в состояние покоя. При большой рыхлости почвы или неудовлетвори­тельной способности сошника выдерживать заданную глубину сева соз­дается значительная разница в фактической глубине заделки семян, что обуслов­ливает разную скорость появления всходов и, соот­ветственно, разный уровень их закаливания. Разной глу­биной заделки семян и вре­менем появления всходов можно объяснить ситуацию, когда в некоторых рядках пшеница гибнет в зимнее время, а в других нет. Это, как правило, имеет место не на всем поле, а на поворот­ных полосах или по следам трактора.

Быстрое наступление моро­за – не единственная причи­на потери способности пше­ницы выживать зимой. Растение может погибнуть, задохнувшись подо льдом, или из-за высыхания от холода, сухого ветра, когда вода находится в твердом, а не в жидком состоянии. Озимая пшеница может быть поражена снежной плесенью или заболеванием корней, спровоцированны­ми низкотемпературными грибками, которые атакуют растение в момент его уяз­вимости. Большинство слу­чаев гибели растений в зим­нее время происходит имен­но из-за обитающих на рас­тениях (листьях и корневой системе) грибков, которые поражают слабые растения и ограничивают их способ­ность к восстановлению весной.

Благодарим компанию «Агро-Союз» за помощь в публикации статьи (Продолжение следует.)

Р. Джеймс Кук,

Министерство сельского хозяйства США, исследовательская сельскохозяйственная служба, Госуниверситет Вашингтона

Роджер Дж. Фесет,

Служба по корпоративному распространению

Источник