1.3 Экология яровой мягкой пшеницы

Пшеница (род Triticum) относится к семейству злаковых. Растение однолетнее. Встречаются как озимые, так и яровые формы, а также формы, совмещающие в себе биологические особенности обоих типов (двуручки).

Наземная часть растения пшеницы – травянистая. Стебель – соломина, цилиндрической формы, в наружной части ее находится твердая упругая механическая ткань, которая придает растению большую или меньшую устойчивость против полегания, а близ внутренней полосы расположены нежные сосудистые пучки. Стеблевые узлы в молодом возрасте растений располагаются довольно близко друг к другу, а в дальнейшем они отдаляются в связи с удлинением междоузлия в процессе роста растений. Приземный узел содействует выпрямлению полеглых растений.

Листья – очередные, сидячие. Язычок (лигула) прикрывает внутренние нежные части листового влагалища [1].

Соцветие  колос, который состоит из стержня и колосков. Стержень колоса в свою очередь, состоит из члеников, верхняя часть каждого членика образует площадку и на каждой такой площадке сидит по одному колоску. Колоски располагаются поочередно влево и вправо. Колосок пшеницы многоцветковый, он состоит из двух наружных колосковых чешуй, между которыми располагаются несколько цветков. Каждый цветок состоит из двух цветочных чешуй (наружной и внутренней), между которыми находятся завязь с двумя перистыми рыльцами и три тычинки. В зрелых колосках между двумя цветочными чешуйками в свободном состоянии находится зерно. Колосковая чешуя имеет киль, килевой зубец и плечо. Наружная цветочная чешуя выпуклая, у остистых пшениц она имеет ость, у безостых – обычно остевидная. Эта чешуя прикрывает зерно со спинной стороны. Внутренняя цветочная чешуя без ости и без остевидного образования. Она прикрывает зерно с брюшной стороны, т.е. со стороны, где зерно имеет бороздку [1].

Плод пшеницы – зерновка, состоит из зародыша, эндосперма и оболочек (семенной плодовой). Зародыш соединен с эндоспермом с помощью щитка.

Род Triticum насчитывает свыше 22 видов. Из них 11 видов голозерных пшениц и 11 видов пленчатых пшениц. По числу хромосом в соматических клетках его делят на три генетически обусловленные группы: диплоидную (14 хромосомную), тетраплоидную (28 хромосомную) и гексаплоидную (42 хромосомную). Существует также искусственно созданные 56 хромосомные формы.

В первых двух группах выделяют дикорастущие и возделываемые виды. У дикорастущих колос ломкий, при обмолоте делится на отдельные полоски, а зерно срастается с цветковыми чешуями. У большинства же видов зерновка расположена свободно и хорошо извлекается при уборке. Наибольшее распространение в нечерноземной зоне России получили два вида пшеницы – мягкая и твердая [10].

Яровая пшеница самоопыляющееся растение длинного дня, проходит те же фазы и этапы органогенеза, что и озимая пшеница. После всходов (I и II этапы) яровая пшеницы развивается медленно и сильнее угнетается сорняками, чем озимая. Корневая система характеризуется более слабым развитием (особенно у твердой пшеницы), с пониженной усваивающей способностью. Средняя продуктивность кустистость колеблется от 1,22 до 2,0. Зерно сравнительно крупное, масса 1000 зерен у мягкой пшеницы 35 - 45 г, у твердой – 40 - 45 г. Важнейшим фактором в формировании урожая и качества яровой пшеницы являются погодные условия вегетационного периода. Известно, что урожайность яровой пшеницы существенно зависит от температуры и суммы осадков в отдельные периоды вегетации. Дружные, крепкие всходы можно получить при среднесуточной температуре 8-15°С, когда у пшеницы хорошо развивается корневая система, повышается эффективность расхода питательных веществ на построение проростка. Более высокие температуры усиливают темпы развития ростка, но при этом корни отстают в росте, что приводит к недостаточному питанию молодых растений. Кроме того, высокие температуры создают благоприятные условия для активной жизнедеятельности различных грибов и бактерий, которые повреждают и даже губят зародыш и эндосперм.

В период посев-всходы растение нуждается в большом количестве влаги. Однако избыточное увлажнение способствует плохой аэрации почвы, её уплотнению, образованию корки, что приводит к кислородному голоданию проростков и вымыванию из семян в почву подвижных органических и минеральных веществ. Для успешного прохождения фазы всходы-выход в трубку требуются оптимальные условия аэрации, увлажнения и температуры. В этот период происходит дифференциация узла кущения, вытягивание конуса нарастания, формирование листового аппарата. Рост вегетативных органов и колоса пшеницы в период выход в трубку-колошение лучше протекает при оптимальной температуре воздуха 15-16°С и достаточном обеспечении растений влагой и питательными веществами. Высокая температура и недостаток влаги в этот период угнетают рост междоузлий, особенно верхнего, уменьшая размер листьев, высоту растения и длину колоса. Невысокие температуры необходимы в период цветения и оплодотворения, когда определяется число колосков и озернённость колоса. Повышению урожайности способствует увеличение количества осадков в июне и июле (особенно в июне) и снижение их количества в мае, особенно в третьей декаде этого месяца. В период созревания зерновки пониженная температура в этот период, особенно на фоне избытка влаги, затягивает созревание и снижает урожай. При высокой температуре и недостатке влаги период поступления пластических веществ в зерновку резко сокращается, и крупность зерна падает. Если условия произрастания в конце периода плодоношения благоприятны (имеется достаточное количество влаги и питательных веществ), то образуется большое количество крахмала и урожай зерна будет высоким, но содержание белка окажется относительно низким. Негативное воздействие на образование белка, сырой клейковины и стекловидности оказывает повышенное содержание в почве влаги и более низкий температурный режим. Зерно, полученное в засушливые годы, характеризуется более высокой стекловидностью.

На содержание клейковины и хлебопекарные качества муки положительно влияет повышение среднесуточной температуры в период налива и восковой спелости зерна. Установлено, что при повышении средней температуры воздуха на 1 градус содержание белка в зерне увеличивается на 1%. Более крепкая и менее растяжимая клейковина формируется при повышенной температуре и ограниченном водоснабжении растений. Обилие осадков и похолодание в это время снижает упругость клейковины, повышает ее растяжимость, что ухудшает показатели хлебопекарного качества.

Яровая пшеница – растение холодостойкое, семена могут прорастать при температуре 1-2°С, жизнеспособные всходы появляются при 4-5°С. Однако процессы прорастания и появления всходов протекают еще очень медленно. При температуре почвы на глубине заделки семян 5°С, всходы появляются на 20-й день, при 8°С-на 13-й, при 10°С – на 9-й, при 15°С - на 7-й день. Они переносят непродолжительные заморозки до 10°С. Наибольшую устойчивость к низким температурам яровая пшеница проявляет в самые ранние фазы. Например в период прорастания зерна она переносит заморозки до 13°С, в фазе кущения – до 8-9°С. Но во время цветения и налива зерна повреждаются заморозками в 1-2°С.

Кущение яровой пшеницы лучше проходит при температуре 10-12°С. Пониженная температура почвы в этот период положительно влияет на образование и развитие узловых корней, а тем самым и на высоту урожая пшеницы. В фазе колошения и молочного состояния зерна наиболее благоприятна температура 16-23°С [1].

К высоким температурам яровая пшеница довольно устойчива, особенно при наличии влаги в почве. Оптимальная температура воздуха в период налива и созревания 22-25°С. Температура 35-40°С и сухие ветры неблагоприятно сказываются на растениях и ведут к снижению урожайности и качества зерна. Сумма активных температур за период всходы – созревание составляет 1500-1750°С [11].

Многие исследователи отмечали факт начала прорастания семян пшеницы еще при температуре 0ºС. Оптимальной температурой прорастания зерна большинства сортов яровой пшеницы считается 18-25°С, минимальной – от 1 до 2°С. При температуре выше 25-30°отмечается появление угнетенных, слабо развитых всходов.

Всходы начинают появляться на 5-10 день после посева, появление первого зеленого места над поверхностью почвы определяют как фазу всходов. Полные всходы пшеницы появляются на 8-10 день, на 10-12 и на 12-15 день и более со дня посева. Через 5-7 дней и начала всходов появляются второй и третий зародышевые листья. Длина первого листа – 6-10 см, второго - 11-15 см, третьего – 15-23 см [2].

В сравнении с другими хлебными злаками яровая пшеница развивает слабую корневую систему - в этом ее одна из главных биологических особенностей. Так, от появления всходов до начала вторичного укоренения яровой пшенице, например, посеянной на черноземах Башкирии требуется 12-15дней, в районах нечерноземной полосы – 15-20 дней. Вторичные корни у яровой пшеницы образуются только в фазу кущения. Общая длина корней одного растения яровой пшеницы достигает 453 м. Отдельные зародышевые корни пшеницы проникают в глубину до 1-1,5 м.

В фазу кущения, точнее после начала кущения через 15-20 дней от появления всходов, в местах прикрепления первого зародышевого места (узла кущения), образуется первая пара узловых или вторичных стеблевых корней. Далее из нескольких подземных узлов главного стебля и его разветвления формируются вторая, третья пара узловых корней. Вся корневая система пшеницы – мочковатая [2].

Влага пшенице нужна в течение всей ее вегетации и ее роль в формировании высокого урожая, особенно в районах с недостаточной влагообеспеченностью становится решающей. Особенно отрицательно на продуктивности пшеницы сказывается недостаток влаги в начале фазе ее развития. С подобными фактами мы встречаемся очень часто. В годы с засушливой весной, или в годы, когда первая половина вегетации пшеницы посев – всходы – колошение бывает засушливой обычно формируется мелкий колос, отмечается резкое снижение общей выживаемостью растений и, как результат, очень заметное снижение урожайности [2].

Метеорологические условия оказывают существенное влияние на урожайность и качество возделываемых культур, на результаты деятельности сельскохозяйственных предприятий и на уровень удовлетворения потребностей общества в продуктах питания. По данным ФАО ежегодная мировая нехватка продукции сельского хозяйства составляет около 40 млн. тонн, поэтому повышение урожайности сельскохозяйственных культур - важная стратегическая задача и настоящее время. Академик Н.И. Вавилов подчеркивал, что климатические факторы в нашей стране являются определяющими в проблеме увеличения урожайности. В земледелии, при четкой заданности и последовательности всех проводимых работ, значение и учет условий погоды в различные периоды роста и развития сельскохозяйственных культур является необходимым звеном в деле получения высоких и стабильных урожаев. Своевременная и всесторонняя информация о текущих и ожидаемых погодных условиях с оценкой их роли в процессе формирования урожая помогает работникам сельского хозяйства учитывать складывающуюся в том или ином районе агрометеорологическую обстановку и, соответствующим образом используя технику, материальные средства и рабочую силу, повышать урожаи и сводить до минимума потери продукции из-за неблагоприятных погодных условий. Климатические факторы оказывают комплексное и систематическое воздействие на урожайность и не поддаются общему измерению. Их эффект в каждом конкретном году можно определить лишь при сравнении многолетних данных урожайности, т.е. по разнице в урожаях, полученных в данном году и в среднем за много лет.

Недостаток влаги отрицательно влияет на развитие колоса и приводит к уменьшению числа колосков в нем. Яровая пшеница требовательна к почвенной влаге. Транспирационный коэффициент мягкой пшеницы - 415, твердой пшеницы - 406. Корневая система твердой пшеницы менее развита, чем мягкой. Это различие обуславливает меньшую сопротивляемость твердой пшеницы к почвенной засухе, но она лучше переносит воздушную засуху.

Критический период для яровой пшеницы по отношению к влаге - время от выхода в трубку до колошения, то есть период образования репродуктивных органов. Распределение потребления воды за вегетационный период в процентах: всходы - 7%, кущение - 15-20%, выход в трубку - цветение - 50-60%, молочная спелость - 20-30%, восковая спелость - 5%. При весеннем запасе влаги в метровом слое почвы менее 100 мм создается напряженное положение для яровой пшеницы, при наличии влаги менее 60 мм невозможно получить даже низкий урожай зерна. При отсутствии влаги в верхних слоях почвы задерживается количественный рост узловых корней. Очень важно возможно ранее образование узловых корней. Доказано, что в получении более высоких урожаев в пшенице основную роль играют те узловые корни, которые выросли в первые 12-16 дней вегетации растений. При недостатке влаги растение пшеницы остается на весь период вегетации только с зародышевыми корнями. Осадки, выпадающие после кущения, в периоды кущения – трубкование - колошение иногда вызывают образование узловых корней. В этих условиях главную роль формирования урожая пшеницы играют зародышевые корни, которые, проникая в почву снабжают пшеничные растения влагой за счет воды, содержащейся в более глубоких слоях почвы. Уже к моменту кущения, примерно на 20-30 день от начала прорастания семян, зародышевые корни достигают 25-30 см, а по времени выхода в трубку – 80 см. До фазы кущения, как показывают наблюдения, почти во всех районах Башкирии запасов продуктивной влаги в верхних слоях почвы бывают более чем достаточно, за счет которых растения пшеницы вегетирует вполнеслоях почвы бывают более чем достаточна, за счет пшеницы вегетирует вп в верхних убкувыми корними.аев в пшенице основную роль и нормально, особенно не страдая от атмосферных осадков [2].

Вегетационный период яровой пшеницы в зависимости от сорта, районов возделывания и погодных условий колеблется от 85 до 115 дней. Для прорастания семян мягкой пшеницы требуется 50-60% воды от массы сухого зерна, а семенам твердой пшеницы необходимо воды на 5-7% больше [1], т.к. они содержат больше белков. Транспирационный коэффициент мягкой пшеницы равен примерно 415, а твердой – 406.

В благоприятные годы, когда почва богата запасами продуктивной влаги или выпадают осадки, узловые корни в количестве 2-3 ко времени кущения – начала выхода в трубку проникают на глубину 35-40 см. Огромна роль узловых корней в более полном использовании осадков весенне-летнего периодов, особенно отдельных июльских осадков, когда в большинстве районов Башкирии яровая пшеница проходит фазы колошения – созревания, т.е. фазы наибольшего расхода воды растениями [2].

Потребление воды по фазами развития яровой пшеницы распределяется следующим образом в период всходов 5-7% общего потребления воды за весь вегетационный период, в фазе кущения 15-20% выхода растений в трубку и колошения 50-60%, молочного состояния зерна 20-30% и восковой спелости 3-5%. Период кущения и выхода растений в трубку – критический для яровой пшеницы. Недостаток влаги в почве в этот период увеличивает количество бесплодных колосков. В последующие периоды даже обильные осадки не могут исправить положения. В таких условиях пшеница ускорено переходит от одной фазы развития к другой и урожай резко снижается. При ранних сроках посева критический период проходит в более благоприятных погодных условиях, чем при поздних сроках. Наиболее благоприятна для растений влажность почвы в пределах 70-75% [1].

Свет становится нужным с первых же дней формирования зачаточного колоса пшеницы до полного созревания ее урожая. Качественный состав света, его количество и энергия в пределах Южного Урала, куда входит и Башкирия считаются вполне достаточными и пригодными для выращивания высокого урожая яровой пшеницы. Однако в отдельные годы и в отдельных природных районах главным образом в районах лесостепи, горно-лесных и предгорных районах республики пшеница нередко страдает от недостатка солнечных дней, в результате чего отмечается слабое развитие всей листовой поверхности, снижение продуктивности фотосинтеза. Такое положение, соответственно, обусловливает в этих районах в известной мере закладку и формирование более мелкого колоса, чем в районах с высокой солнечной инсоляцией.

Температурные условия для закладки полноценного зачаточного колоса пшеницы в целом и в многолетие в условиях Башкирии вполне благоприятны. Неблагоприятные температурные условия отмечаются в районах северо-восточной лесостепи, северной части Зауралья, предгорной и горно-лесной зоны для налива и созревания колосьев. Не редки здесь случаи губительного действия минусовых температур – заморозков [1].

В благоприятные в метеорологическом отношении годы и при условии хорошей обеспеченности растений элементами питания примерная половина урожая яровой пшеницы формируется за счет работы зародышевых, другая половина – за счет узловых корней. В засушливых районах, в годы с недостаточными осадками вегетационного периода, когда урожай пшеницы формируется преимущественно за счет зародышевых корней, из 100 частей 30 - 40 частей урожая приходится на долю первых трех зародышевых корней, 20-30 частей – на долю второй пары зародышевых корней, 20-30 частей – колеоптильных и на долю узловых лишь от 5 до 30 частей [1].

Яровая пшеница – культура, очень требовательная к условиям минерального питания к наличию в почве легкодоступных питательных веществ, что объясняется ее сравнительно коротким периодом вегетации и пониженной усваивающей способностью корневой системы. Поглощение азота происходит в течение продолжительного времени и с особой интенсивностью – в период выхода в трубку – колошения [1].

С момента начала образования зародышевых корней и прикорневых листьев начинается корневое питание растений. Для этого необходимо в верхних слоях почвы наличие доступных элементов питания – азота, фосфора, калия и других. Расход этих элементов питания по фазам развития разный. Важно, кроме того, их наличие в почве по фазам развития в разных соотношениях. Каждый из компонентов питания и их сочетание играют в формировании урожая определенную роль.

Формирование полноценного колоса во многом зависит от того, при каких условиях питания, наличия зольных элементов протекало нарастание точки роста, образование и рост зачатков колоса. В науке эти вопросы изучены довольно полно. Все они говорят о том, что недостаточное питание в начальные фазы роста и развития пшеницы (да и других культур) отрицательно сказывается на конечной величине урожая, в первую очередь, на всех показателях продуктивности самого колоса. Недостаток одного азота или фосфора, или азота и фосфора, а в совокупности всех необходимых элементов почвенного питания обуславливает закладку мелкого колоса и его формирование с малым числом зерен [2].

Важнейшим фактором получения высокого урожая яровой пшеницы является применение оптимальных норм высева. На гектар пашни надо высевать столько семян, сколько она в состоянии обеспечить каждое зерно необходимыми элементами питания, влагой и чтобы вегетирующие растения сильно не затенялись, их листья наиболее полно пользовались солнечными лучами, была достаточно высокой их фотосинтетическая деятельность.

Для лесостепных районов республики рекомендуется высевать всхожие семена мягкой пшеницы с дифференциацией по зонам от 5 до 6,2 млн. штук или от 160 до 200 кг семян на гектар, для степных районов – от 4,5 до5,5 млн. штук, или от 145 до 175 кг, для сортов твердой пшеницы, с учетом сравнительно меньшей выживаемости их растений увеличение на 200-300 тыс. зерен на гектар [5]. Уменьшение нормы высева хотя и повышает степень кущения, но не гарантирует дающий высокий урожай густоты стеблестоя пшеницы. В опытах В. К. Гирфанова максимальная густота продуктивного стеблестоя пшеницы была достигнута на всех фонах удобрений при высеве 7-8 млн. всхожих зерен на гектар. В этом случае, т.е. при посеве 7-8 млн. зерен среднее число колосности стеблей на 1 кв.м. составило: на фоне без удобрений 385-412 штук, на различных фонах удобрений 437-470 штук. Для получения полноценного высокого урожая очень важно высевать выровненные по крупности семена. Наиболее высокая продуктивная кустистость у яровой пшеницы наблюдается в годы достаточного увлажнения при ранних сроках посева.

Яровая пшеница весьма требовательна к наличию в почве легкодоступных питательных веществ, что объясняется ее сравнительно коротким вегетационным периодом и пониженной усваивающей способностью корневой системы.

Наиболее высокие требования к плодородию предъявляет твердая пшеница, которая лучше удается на черноземных и каштановых почвах. Для мягкой пшеницы особенно благоприятны все виды черноземов, каштановые, средне - и слабоподзолистые почвы.

Пшеница страдает от повышенной почвенной кислотности. Хорошие урожаи можно получить на слабокислых и нейтральных почвах.

Яровая пшеница очень требовательна к плодородию почвы. Лучшими для нее считаются черноземы, каштановые и другие плодородные почвы. На подзолистых и серых лесных почвах яровая пшеница растет хорошо, если они окультурены и на них применяются удобрения.

Хорошо растет пшеница на черноземах, высокие урожаи ее можно получить и на других почвах путем применения удобрения, улучшения водно-физических и химических свойств среды произрастания. Получение возможно высокого урожая яровой пшеницы на всех почвах, обеспеченных влагой, имеющих хорошие показатели водно-физических и химических свойств, чаще всего лимитируется недостатком, прежде всего азота, фосфора и калия. Это объясняется, главным образом тем, что с каждым урожаем из почвы выносится большое количество всех этих элементов, а также кальция. С урожаем пшеницы порядка 30-35 ц/га выносится примерно 120-130 кг азота, 65-74 кг фосфора,160-180 кг калия и 50-60 кг кальция. Эти вещества рано или поздно должны быть возвращены в почву.

В первый период жизни она слабо отзывается на повышение дозы азота. Во время кущения и выхода в трубку, когда формируются дополнительные стебли, корни, колосья, цветки, потребность в азоте резко увеличивается. Наибольшая потребность в фосфоре наблюдается в период от начала кущения до выхода в трубку, фосфорное питание оказывает большое влияние на развитие корневой системы и колосков и меньшее – на развитие стеблей и листьев. Калий оказывает значительное влияние во время колошения и налива зерна. Он ускоряет передвижение углеводов из стеблей и листьев в зерно, снижает поражение ржавчиной, вследствие чего зерно получается крупнее и более выполненное [17].

Интенсивность и продуктивность цветения определяются условиями внешней среды: температурой и степенью освещения, влажностью воздуха и почвы, уровнем минерального питания. Цветение отдельных колосков в колосе находящихся ниже середины колоса, а отсюда идет к вышележащим и к нижележащим колоскам колоса. Верхние и нижние колоски отцветают последними, поэтому наиболее крупное зерно формируется в средней части колоса. Продолжительность цветения одного колоса 3-5 дней, а всего поля, обычно 6-7 дней.

Весь ход развития зерна Н.И. Кулешов делит на три фазы: формирование, налив и созревание зерна [5]. После оплодотворения семяпочки начинается развитие зерна. Формируется зародыш, в котором дифференцируются различные его части, клетки эндосперма наполняются запасными веществами (крахмалом и белком), благодаря передвижению из вегетативных органов и продолжающемуся процессу фотосинтеза органических и минеральных веществ.

Формирование зерна протекает от времени оплодотворения до достижения зерном окончательных размеров длины. В этот момент идет создание вместилища для принятия потока пластических веществ.

Налив зерна – характеризуется заметным увеличением ширины и толщины зерна. Консистенция от жидко-молочной в начале фазы, через густо-молочную и тестообразную к концу этой фазы зерно достигает максимума как сырого, так и сухого веса.

Созревание зерна идет от конца тестообразной (самого начала восковой спелости) до полной спелости и сводится к отдаче зерном воды и биологических превращений, поступивших в зерно веществ. Весь процесс созревания делят на молочную, восковую и полную спелости. В процессе этих фаз созревания зерна происходят морфологические, анатомические и биохимические изменения [5].

К началу восковой спелости при влажности зерна 38-40% нарушается связь созревающего зерна с материнским растением и прекращается поступление веществ в зерно. К тому времени в зерне уже полностью содержатся все вещества. В последующем, как на корню, так и в валках и при хранение зерна в закромах могут происходить лишь некоторые биохимические превращения веществ. Снижение натуры зерна, стекловидности, содержания и упругости клейковины, силы муки и т.д. происходит при передержании хлеба на корню, длительной досушке и обработке зерна и т.д. [6].

Изменение качества зерна зависит от длительности периода перестоя. По данным А. А. Созинова перестой на корню в течение трех дней не ухудшает качество пшеницы, а перестой более шести дней приводит к заметному ухудшению технологических качеств зерна.

Изменение хлебопекарных качеств при послеуборочном созревании зерна связано, прежде всего, с изменениями белкового комплекса зерна. Установлено, что при дозревании улучшается качество клейковины, что вероятно, связано с уменьшением содержания в белковом комплексе небелкового азота. Примерно через месяц после хранения наблюдается не только улучшение качества клейковины, но и увеличение её содержания [6].