1. Обзор литературы

1.1 Биологические особенности культуры

Температурный режим

Яровая пшеница — холодостойкая культура. Однако холодостойкость ее — величина непостоянная и зависит от фазы развития растений, влажности почвы и воздуха, свойств сорта, а также продолжительности заморозков и похолоданий.

Набухшие и наклюнувшиеся семена пшеницы без повреждений переносят кратковременные морозы до 10—13 ⁰С, а при влажности почвы 30% НВ и ниже — до 15 ⁰С. В переувлажненной почве всхожесть семян снижается при температуре —10 ⁰С (7).

Более чувствительны к низким температурам вегетирующие растения. В фазу всходов — третий лист заморозки 5 °С уже вызывают повреждения и частичную гибель всходов. В фазу третьего листа — кущение холодоустойчивость пшеницы несколько повышается. И растения не гибнут при кратковременных понижениях температуры до 8—10 °С, поскольку к этому времени узел кущения у них достигает значительных размеров, улучшается его регенерирующая способность, а точка роста побега находится ниже уровня почвы. Повреждение листьев в фазу кущения хотя и может сказаться на урожае, но сохранность узла кущения и точки роста позволяет посеву восстановить рост. Более губительны для растений продолжительные морозы, когда при промерзании почвы в зону отрицательных температур попадают точки роста и узлы кущения.

Устойчивость пшеницы к низким температурам резко падает при выдвижении точки роста внутри трубки выше уровня почвы, т. е. между фазами кущения и выхода в трубку. Кроме того, фаза выхода в трубку совпадает с формированием цветочных зачатков (переходом пшеницы к генеративному развитию), и в этом случае повреждения посевов неизбежны даже при температуре — 2—3 °С. При гибели точки роста главного побега усиленно растет первый боковой побег, и стеблестой частично восстанавливается, но продуктивность растений снижается на 20—30% и более (8).

Особенно различаются сорта пшеницы по холодоустойчивости в ранние фазы развития. Более устойчивы засухоустойчивые сорта. Такая связь между двумя типами устойчивости объясняется тем, что низкие температуры нарушают работу устьичного аппарата, затрудняют поступление воды из охлажденной почвы, изменяют проницаемость протоплазмы и снижают водоудерживающую способность растений, т. е. отрицательно влияют на водный режим растений.

Отрицательное действие на рост и развитие пшеницы оказывают также низкие положительные температуры, которые являются причиной нарушения водного режима и минерального питания. Снижение интенсивности дыхания и других метаболических процессов в корнях обусловлено нарушением минерального питания на холодных почвах. Интенсивность поглощения элементов питания зависит от скорости их включения в обмен веществ корня и дальнейшего транспорта в надзёмные органы. Нарушение обмена веществ в корнях ухудшает усвоение фосфора, азота и других элементов.

По данным А. И. Коровина, низкие температуры оказывают на поступление элементов питания в корни пшеницы прямое и косвенное воздействие. Прямое действие связано со снижением интенсивности дыхания. При этом подавляется активное поглощение, пассивное поглощение изменяется меньше. Косвенное действие обусловливается тем, что низкая температура в зоне узла кущения угнетает рост пшеницы, снижает потребность надземных органов в питании, ведет к переполнению минеральными веществами и в конечном итоге к торможению пассивного поглощения, поскольку поддержание постоянно отрицательного градиента концентрации связано с оттоком элементов питания из зоны поглощения и их метаболическими превращениями. Оптимальные температуры поглощения для пшеницы 20—25 °С. при более высоких температурах минеральные элементы поступают медленнее или даже оттекают из надземной части в корни и выделяются в почву. Колебания температуры изменяют не только общую скорость поглощения, но и соотношение отдельных элементов. Так, поступление калия при низких температурах снижается незначительно, тогда как фосфора и особенно азота — очень сильно, что связано с изменением скорости тех обменных процессов, в которые вовлекаются азот и фосфор после поглощения их корнями (1).

Жароустойчивость пшеницы, так же как и холодостойкость, меняется в течение вегетации. Наибольшей жаростойкостью пшеница отличается в период налива зерна. При наличии в почве доступной для растений влаги температура воздуха 30—35 °С не влияет на урожаи и его качество. Сокращая период от цветения до созревания, высокие температуры одновременно повышают и темп налива, а при отсутствии дефицита влаги — формирование полновесного зерна. Если высокие температуры сочетаются с почвенной или воздушной засухой, особенно при резком падении относительной влажности воздуха (суховейный тип погоды), то происходит так называемый «захват» зерна ( 7).

Менее устойчива пшеница к высоким температурам в первой половине вегетации. В фазу всходов - третьего листа на сильно прогреваемых участках могут иметь место ожоги растений непосредственно у поверхности почвы, приводящие к гибели прикорневых листьев. Однако точки роста и узлы кущения остаются неповрежденными, и рост растений продолжается, но урожай при этом снижается.

Наиболее чувствительна к высоким температурам пшеница в период формирования генеративных клеток, а также в фазу цветения — завязывания семян. В период гаметогенеза высокие температуры, особенно резкие ее перепады от прохладной к жаркой, могут вызвать частичную, а иногда и полную стерильность пыльцы и в дальнейшем — череззерницу и пустоколосицу. Такой же результат наблюдается и вследствие плохой завязываемости семян при высоких температурах в период цветения (8).

Температурный режим в значительной степени влияет на продуктивность посевов пшеницы, особенно в тех случаях, когда температуры выходят за рамки минимальных и максимальных, допустимых для нормального роста и развития растений: Как показали агрометеорологические исследования, в средних широтах для полного завершения жизненного цикла — от посева до уборки, который для большинства сортов пшеницы составляет около 100 дней, требуется сумма. среднесуточных температур 1500—1600 °С. Что вполне укладывается в период со среднесуточными температурами выше 10 °С во всех степных районах как европейской, так и азиатской части РФ.

При продвижении культуры к северной границе минимально необходимая сумма среднесуточных температур для завершения развития составляет 1200- 1300 °С. В этих районах режим увлажнения не препятствует возделыванию самых скороспелых сортов с вегетационным периодом 65-70 дней. Кроме того, большая продолжительность светового дня (19—20 ч) сильно ускоряет развитие пшеницы, и при одних и тех же температурах. требуется меньшее число дней, а следовательно, и меньшая сумма температур для завершения её жизненного цикла. Однако в северных районах созревание зерна, которое резко замедляется при температурах ниже 15°С. часто не завершается и требуется его досушивание (1).

Влияние температуры на яровую пшеницу не ограничивается регуляцией вегетационного периода. Все жизненные процессы имеют свой температурный минимум, оптимум и максимум. Так, фотосинтез и дыхание пшеницы могут протекать при температурах — 1 — 2°С. Оптимальные температуры для фотосинтеза — около 25 °С, для дыхания — около 35 °С. Нормальное формирование цветочных органов и пыльцы возможно при температурах не ниже 12 °С и не выше 35— 40 °С и т. д. Если в те или иные периоды вегетации температура сильно отклоняется от оптимальной или выходит за рамки физиологического минимума или максимума, то это отражается на урожайности, а иногда и на жизнеспособности растений (7).

Таким образом, температурный режим может создавать определенные трудности для возделывания яровой пшеницы и влиять на ее продуктивность. Однако в большинстве районов, где располагаются основные посевные площади, данный фактор не препятствует получения высоких урожаев.

Световой режим.

Приток солнечной энергии на поверхность земли очень велик. Хотя не вся эта энергия, а лишь часть её, так называемая фотосинтетическая активная радиация (ФАР), используется в фотосинтезе, но и её количество очень велико. В силу ряда биологических и физико – химических закономерностей самые лучшие посевы при бесперебойном снабжении водой и элементами питания и благоприятном температурном режиме могут запасать в урожае сухой массы около5% падающей на него ФАР, т. е. 1,2*10⁸ ккал, что соответствует 300 ц сухой массы (в расчете на калорийность углеводов).

Если принять соотношение зерна яровой пшеницы к соломе равным 1:2—1:1,5, то при этой биомассе урожайность составит 105—120 ц/га зерна, а низкостебельных сортов с выходом зерна до 45—50% — 130-150 ц/га. Для формирования таких урожаев растения должны усваивать 400—600 кг азота' Хотя указанные урожаи в 5—10 раз превышают средние урожаи яровой пшеницы в РФ, однако они вполне реальны, и особенно в орошаемой культуре.

В северных районах интенсивность солнечной радиации более низкая, но световой день длиннее, поэтому суточный приход ФАР на посевы в зависимости от широты местности изменяется незначительно. Даже на крайней северной границе распространения яровой пшеницы при коротком вегетационном периоде радиационный баланс позволяет получать урожаи зерна 60—70 ц/га (10).

Таким образом, солнечная радиация не относится к факторам, ограничивающим урожайность культуры на современном этапе развития земледелия. Пока производственные посевы яровой пшеницы запасают в урожае лишь 0,5—1,0% ФАР, и задача земледельцев состоит в том, чтобы повысить КПД использования анергии солнца.

Отношение к влаге

Яровая пшеница – требовательная к влаге культура, о чём свидетельствует величина транспирационного коэффициента. Коэффициент транспирации у пшеницы составляет 450 – 500. Высокие значения имеет также коэффициент влагопотребления. По многолетним данным Научно – исследовательского института сельского хозяйства Юго-востока, при урожае зерна 12 – 28 ц/га коэффициенты влагопотребления достигали 1205 – 1773. В засушливые годы они могут подниматься до 3 – 5 тыс. и более (1).

Потребность пшеницы в воде в различные фазы вегетации неодинакова, что определяется сезонными колебаниями солнечной радиации, среднесуточных температур и относительной влажности воздуха, а также изменениями массы и размеров главных транспирирующих органов – листьев. Таким образом, максимальная потребность в воде пшеничного поля наблюдается в период от выхода в трубку до молочной спелости, когда растения имеют максимальную транспирирующую поверхность.

Во всех зонах европейской части РФ, где основные ресурсы складываются из весенне-зимних осадков и осадков, выпадающих в мае – июне, а температуры в мае держатся на высоком уровне, посевы расходуют 70 – 80, а иногда и 100% влаги уже до фазы колошения – цветения. Потребность в воде сохраняется высокой и в период цветения – молочной спелости, но она уже не удовлетворяется, за исключением влажных лет. При неравномерном выпадении осадков влагопотребление посевов также носит пульсирующий характер, но скорость расходования запасов влаги в сильной степени зависит от фазы развития растений. Так, перед колошением и сразу после него почва может терять 60 – 70 т/га воды в сутки, т. е. 6 – 7 мм и даже 8 – 9 мм доступной влаги. При таком расходе месячной нормы, например июньских осадков, которых в большинстве степных районах РФ выпадает от 30 до 45 мм, может хватить на неделю, тогда как в начале вегетации и после молочной спелости – на период, в 2 – 3 раза больший.

Отношение к почве

В РФ яровую пшеницу размещают в основном на чернозёмах всех типов – от оподзоленных и выщелоченных на северной их границе до маломощных южных, а также на каштановых почвах. Однако лучшие почвы для возделывания яровой пшеницы – чернозёмы, которые обладают хорошей водоудерживающей способностью(13).

Малопригодны для возделывания яровой пшеницы неудобренные подзолистые почвы, на которых урожайность не превышает 5 – 7 ц/га. Эти почвы характеризуются резким дефицитом азота и других элементов питания, кислой реакцией и плохими водно – физическими свойствами, вызывающими страдание растений от недостатка влаги даже при непродолжительной засухе.

Независимо от типа почвы яровая пшеница предпочитает суглинки и хуже растёт на супесчаных почвах, которые беднее питательными элементами, особенно азотом, и имеют худшие водно – физические свойства. Пшеница реагирует также и на плотность почвы, снижая урожайность как на слишком рыхлых, так и на переуплотнённых, чаще тяжёлых суглинках.

При правильно построенной системе удобрений высокие урожаи яровой пшеницы можно получать на всех типах почв.

На дерново – подзолистых почвах хороших результатов достигают только при невысокой кислотности (рН не менее 6,0), в противном случае их известкуют или вносят высокие дозы органических удобрений. Почвы увлажнённых районов (дерново – подзолистые, серые лесные) содержат меньше азота и требуют более высоких доз азотных удобрений, чем почвы степных районов. Азот здесь находится в первом минимуме, в отличие от чернозёмных и каштановых почв, где в первую очередь не хватает фосфора. В то же время на дерново – подзолистых, серых лесных почвах, выщелоченных и оподзоленных чернозёмах наряду с азотными и фосфорными удобрениями применяют также калийные удобрения (2).

При урожайности 20 ц/га зерна общий вынос удобрений составляет 71 кг азота, 23 кг Р₂О₅, и 35 кг К₂О.

Особенности роста и развития

В умеренных широтах продолжительность вегетации составляет 70-80 до 95-110 дней. За время вегетации пшеница проходит следующие фенологические фазы:

1. наклёвывание семян – это фаза завершения набухания и начала роста зародыша.

2. прорастание – фаза регистрируется, когда у семени уже имеются росток длиной 5-10 мм и зародышевые корешки. Идеальными условиями для прорастания являются температура 12-15 ⁰С, влажность почвы 70-90% от полевой влагоёмкости. Для прорастания семени мягкой яровой пшеницы необходимо 50-60% влаги от его веса.

3. всходы – отмечаются при появлении проростков высотой 3-4 см на поверхности почвы. В этот период растением поглощается 7% влаги от объёма за весь период вегетации.

4. фаза третьего листа – шильце (свёрнутый в трубочку лист) этого листа выходит из влагалища предыдущего листа и достигает высоты 3-4 см.

5. кущение – отмечается по появлению шильца листа первого бокового побега из пазухи первого листа главного побега. В этот период растением поглощается 15-20% влаги от всего объёма.

От всходов до начала кущения требуется 220 – 230 ⁰С.

6. выход в трубку – начинается через 7-9 дней после кущения, когда внутри трубки прощупывается утолщение, образованное сближенными узлами стебля. Эта фаза развития длится приблизительно 30-36 дней в благоприятных условиях, но при засухе продолжительность этого периода сокращается до 18-20 дней.

От конца кущения до окончания выхода в трубку требуется 150 – 200 ⁰С.

7. стеблевание.

8. колошение – выход колоса из влагалища последнего листа.

9. цветение – наступает в зависимости от погоды через 1-3 дня после колошения и характеризуется появлением пыльников из цветочных чешуй.

В периоды колошения, цветения растению требуется 380 – 400 ⁰С. В период от выхода в трубку до цветения расходуется 50-60% от общего объёма влаги.

10. созревание – определяется по влажности зерновок. Молочная спелость – 52-55%, восковая – 28-30%, полная – 15-6% и ниже(7, 11, 2).