Зерновые хлеба I группы (пшеница, рожь, тритикале, ячмень и овес) имеют озимые и яровые формы. Первые из них высеваются осенью, а урожай получается после перезимовки летом.
При весеннем посеве они только кустятся, но не выколашиваются, так как для завершения развития им необходимы пониженные температуры (0—3°С) в течение 35—60 дней при осеннем освещении. Яровые хлеба I группы высеваются весной и урожай получается в тот же год летом. Поэтому им требуются более высокие температуры при весеннем освещении. Кроме озимых и яровых, есть также переходные формы. Так, среди кавказских пшениц имеются двуручки, которые дают урожай зерна при весеннем и при осеннем посеве. Во время осенней закалки озимые культуры приобретают устойчивость к неблагоприятным зимним условиям. По мере понижения температуры интенсивность дыхания растений уменьшается, а также расходуются более экономно сахара, которые были накоплены осенью.
Урожайность озимых хлебов при условии хорошей перезимовки на 0,5—1,0 т/га выше по сравнению с яровыми. При благоприятных условиях они могут сформировать значительно больше фитомассы, так как период фотосинтеза у них длится 120-150 дней, тогда как у яровых — 90—100 дней. Осенью они успевают за 60—80 дней до начала зимы образовать мощную корневую систему (до 100 см) и раскуститься, образовав 4-8 стеблей. При хорошей закалке растения хорошо переносят суровые зимние условия. После благоприятной перезимовки они весной быстро трогаются в рост. За счет хорошо развитой корневой системы и раскустившейся надземной фитомассы озимые хлеба созревают раньше яровых на 10—15 дней. Таким образом, они лучше используют осенне-зимне-весенние запасы влаги и успешно заглушают сорняки. Кроме биологических, озимые культуры имеют также большие организационно-хозяйственные преимущества, так как дают возможность уменьшить напряженность полевых работ. За счет более ранней уборки удается проводить в оптимальные сроки лущение и зяблевую вспашку полей, что способствует дополнительному уничтожению сорняков и повышению урожайности последующих культур. Кроме того, в зонах достаточного увлажнения и на орошаемых землях после уборки озимых на зерно оставшийся теплый период дает возможность вырастить на той же площади дополнительный урожай зеленой массы за счет пожнивных посевов, которые можно использовать на корм или на сидераты. С учетом указанных преимуществ посевы озимых культур в последние годы расширились во многих регионах России, где они хорошо перезимовывают и дают высокие урожаи зерна — 5—6 т/га и более.
Под зимостойкостью понимается возможность растений переносить различные неблагоприятные условия в зимний и ранневесенний периоды. В то же время морозоустойчивость характеризует способность противостоять низким отрицательным температурам, а холодостойкость — низким положительным. За счет неблагоприятных условий осенне-зимне-весеннего периода озимые культуры часто изреживаются или даже погибают. Зимостойкость зависит также от особенностей культуры и сорта, конкретной агротехнологии. По устойчивости к низким отрицательным температурам озимые зерновые культуры можно расположить в следующий ряд: рожь, тритикале, пшеница, ячмень и овес. Большое значение в повышении зимостойкости отводится также сорту. Способность к перезимовке в значительной степени зависит от осеннего развития растений и от применявшейся агротехнологии, так как при низком уровне ее может погибнуть любой сорт.
Комплекс специальных физиологических и биохимических процессов, протекающих в растениях осенью, приводит к повышению их устойчивости (закалке), в это время накапливаются растворимые углеводы и свободные аминокислоты. Следует иметь в виду, что более зимостойкие виды и сорта во время закалки накапливают больше указанных веществ, чем слабозимостойкие. Установлено, что закалка озимых культур протекает в две фазы: первая — в начале осени при солнечной погоде и температурах 8—15°С (днем) и около 0°С (ночью); вторая — в конце осени, при постоянных слабых морозах (0-5°С). Преимущества озимых хлебов перед яровыми бывают убедительными только при их хорошей перезимовке. Повреждение и гибель их могут вызываться следующими причинами: осенняя засуха и слабая закалка всходов, сильные морозы и малоснежные зимы, резкие колебания температуры, мощный снежный покров (выпревание), застои на поверхности почвы воды (вымокание), ледяные корки, выпирание и разрыв узлов кущения, грибные болезни и т. д. Часто гибель бывает от совместного действия нескольких факторов.
Вымерзание считается самой распространенной причиной повреждения и гибели растений. Это связано с тем, что при длительных морозах в клетках и межклетниках образуется лед, который оттягивает воду из цитоплазмы, в результате происходит обезвоживание, коагуляция коллоидов и денатурация белков. Кристаллы льда разрушают структуру обезвоженной цитоплазмы, а это способствует гибели клеток. Более устойчивыми считаются такие клетки, в которых бывает низкое содержание воды и большая проницаемость для нее цитоплазмы, высокая концентрация клеточного сока, а также повышенная эластичность стенок. Так как корни озимой пшеницы продолжают расти в незамерзшей почве, то для этого растениям приходится тратить запасные питательные вещества, что приводит к их ослаблению. В начале зимы на глубине узла кущения растения выдерживают более низкие температуры, чем в весенний период (ячмень -12°С; пшеница -17°С; рожь -20°С). После начала весеннего отрастания при резких понижениях температуры ночью до -8 — -10°С часто происходит гибель посевов. Следует иметь в виду, что после выхода из-под снега вымерзшие растения вначале бывают зелеными, но после оттаивания становятся желтыми и дряблыми. Самым надежным и экономически выгодным способом борьбы с вымерзанием озимых хлебов считается посев зимостойких сортов, приспособленных к конкретным почвенно-климатическим условиям. Хорошо защищает озимые хлеба от зимних повреждений снегозадержание, так как снег обладает малой теплопроводностью. Например, в степной зоне при снежном покрове от 2 до 12 см вымерзание составило 50% кустов пшеницы, при толщине его от 15 до 25 см — 27% и 35-45 см — только 4%.
Выпревание растений происходит в следующих случаях: а) когда сильно переросшие и слабо закалившиеся осенью озимые посевы покрыты толстым слоем снега, который весной долго не тает; б) при неглубоком промерзании почвы (растения за счет тепла под снегом начинают оживать и энергично дышать); в) за счет образования подвесной прозрачной ледяной корки (растения под влиянием тепла и света начинают возобновлять жизнедеятельность); г) если озимые культуры еще не успели подготовиться к зимовке, а на непромерзшую почву выпадает толстый слой снега, то происходит продолжение роста и дыхания, что приводит к быстрому расходу запасных веществ. Таким образом, при выпревании озимые хлеба погибают от истощения, так как при этом сначала расходуются углеводы, а затем распадаются белки. В результате этого на ослабленных растениях распространяются различные болезни (снежная плесень, склеротиния и другие). После таяния снега они становятся побуревшими и дряблыми. Если на незамерзшую почву рано выпадает снег, то целесообразно уплотнить его катками, при этом почва быстро охлаждается, и рост озимых хлебов прекращается. Так как переросшие посевы выпревают чаще, то следует не допускать ранних и загущенных посевов, а также избыточных доз азотных удобрений. Если в конце зимы снежный покров очень мощный, то рекомендуется ускорять его таяние путем разбрасывания почвы, золы, торфа. В некоторых случаях бывает полезным разрушение подвесной ледяной корки. Хотя озимая рожь более устойчива к сильным морозам, но в центральных и северных областях страны сильнее выпревает, чем озимая пшеница.
Вымокание бывает в различных понижениях и блюдцах, где ранней весной собирается много воды. В этих условиях растениям приходится тратить много Сахаров для поддержания жизни в анаэробных условиях. После быстрого расходования запасов углеводов и других веществ через 7—10 дней начинается распад хлорофилла, а затем полная гибель растений. Считается, что рожь более чувствительна к затоплению, чем озимая пшеница. Для борьбы с вымоканием можно использовать отвод накапливающейся воды, прокладку с осени сточных борозд, довсходовое щелевание почвы.
Ледяные корки (притертые и висячие) очень часто бывают причиной повреждения или гибели озимых хлебов, каждая из них может быть прозрачной или мутной. Самой опасной считается притертая прозрачная корка, которая образуется при сильных и длительных оттепелях с последующим наступлением морозов. При этом образовавшийся лед или плотно притирается к почве, или сковывает ее на оттаявшую глубину, и озимые посевы оказываются вмерзшими в него. Установлено, что теплопроводность у льда в 5 раз выше, чем у снега, поэтому влияние резких колебаний температуры на растения возрастает, что приводит к их вымерзанию. Если растения полностью вмерзают в лед, то нарушается газообмен, за счет чего их ткани обедняются кислородом и обогащаются углекислым газом. Очень опасной считается также притертая ледяная корка, которая появляется в конце зимы, при резком снижении устойчивости озимых культур. Если же корка находится на поверхности промерзшей почвы, но не захватывает узлы кущения растений, то она является менее опасной. Подвесная (висячая) ледяная корка образуется в результате замерзания на поверхности почвы воды, которая получилась после оттепели. В этом случае жизнедеятельность растений под коркой может возрастать, что способствует их повреждению за счет выпревания и вымокания. Для охлаждения почвы прозрачную подвесную корку рекомендуется разрушать полностью или полосами. Чтобы уменьшить отрицательное влияние притертой ледяной корки применяется снегозадержание. Следует иметь в виду, что механическое разрушение притертой корки часто способствует сильному повреждению растений. Поэтому перед началом весны для ускорения ее таяния на поля рекомендуется посыпать золу, почву, торфяную крошку, калийную соль. Если же ледяная корка получилась после оттепелей на поверхности снега (наст), то она считается не опасной для озимых культур.
Выпирание озимых хлебов бывает в осеннее-зимне-весенний период, чаще всего на тяжелых и бесструктурных почвах. Кроме того, такое явление отмечается в том случае, когда посев приходится проводить в рыхлую почву. Особенно опасно оно после попеременного замерзания и оттаивания при морозной, бесснежной ветреной погоде осенью и весной, а также при пыльных бурях. Для борьбы с выпиранием озимых рекомендуется проводить посев семян на оптимальную глубину в хорошо осевшую почву. Для этого должна проводиться своевременная ее обработка, применение прикатывания и использование комбинированных агрегатов. Установлено, что предпосевная обработка семян озимых ретардантами приводит к более глубокому (на 10-15 мм) залеганию узла кущения и лучшему развитию корней, в результате чего повышается зимостойкость и урожайность. Эти препараты целесообразно применять только при ранних и оптимальных сроках посева семян, на поздних сроках этим заниматься не следует. Если на озимом поле было установлено выпирание, то бороновать весной его нельзя. Для того, чтобы прижать обнаженные узлы кущения к влажной почве, рекомендуется проводить прикатывание осенью или весной. При этом образуются новые узловые корешки, за счет чего растения быстро поправляются.
Все неблагоприятные зимние явления способствуют ослаблению растений, которые затем поражаются снежной плесенью и склеротинией. Протравливание семян перед посевом, а также предотвращение вымокания и выпревания являются главными мерами борьбы с ними. Весной после подсыхания почвы рекомендуется провести боронование, с помощью которого удаляются погибшие растения озимых культур.
Снегозадержание считается очень важным приемом защиты озимых посевов от неблагоприятных зимних условий в степной зоне.
Эффективным способом накопления снега на этих полях являются летние кулисы (кулисный пар). Лучшими растениями для этой цели считаются подсолнечник или горчица, в то же время кукуруза и сорго поникают после первых же заморозков. Высокая эффективность кулисных посевов в Центральном Черноземье была установлена многолетними исследованиями Воронежского агроуниверситета (Федотов В. А.). Кулисные культуры рекомендуется высевать при очередной культивации пара не позднее середины июля, т. е. за 45—55 дней до посева озимых культур, перпендикулярно зимним ветрам. Более целесообразно применять однорядные кулисы с расcтояниями 8 или 12 м друг от друга. Для этой цели используются различные сеялки с одним высевающим сошником в составе агрегата из 2 или 3 культиваторов. При этом первый проход проводится по вешкам, а затем — по маркерам. Для выращивания кулис требуется 1,5-3 кг/га семян подсолнечника; 0,4-0,5 кг/га рапса или горчицы. При этом на 1 м кулисного рядка должно высеваться 2025 семян подсолнечника или 60-70 — горчицы. Могут применяться также двухстрочные кулисы, при этом густота растений в каждом рядке должна быть в 2 раза меньше. В межкулисных пространствах почва культивируется так же, как в чистом пару, но при этом должны оставляться минимальные защитные зоны вдоль всех рядков. Посев озимых хлебов целесообразно проводить поперек кулисных рядков, так как при этом молодые растения повреждаются незначительно. Летние кулисы целесообразно создавать на всей площади чистых паров, предназначенных для посева озимой пшеницы по любой агротехнологии, иногда это удается сделать и на занятых парах. Так как затраты на посев летних кулис очень незначительны, то за счет повышения урожайности озимой пшеницы возрастает рентабельность производства зерна.
В степной и лесостепной зонах большая роль по накоплению снега и равномерному его распределению на полях отводится также защитным лесным полосам. При этом толщина снежного покрова может достигать 40-50 см, а в открытой степи она в 2 раза меньше, в то же время глубина промерзания уменьшается с 60-90 см до 30 см. Кроме того, значительно увеличиваются также запасы влаги в почве. Следует помнить, что валкователи снега на посевах озимых культур можно применять только в том случае, если высота снежного покрова составляет не менее 15 см. Это связано с тем, что после их прохода по полю должна оставаться нетронутая подушка снега высотой 10 см. Если же с помощью снегопахов счищается весь снег до поверхности земли, то при этом озимые культуры часто погибают. Нельзя также на озимых полях выпасать животных осенью. Для разработки оперативных мер по защите озимых культур следует проводить осеннее и весеннее обследования, а также зимний контроль.
Осеннее обследование целесообразно делать после прекращения вегетации растений перед наступлением зимы.
При этом следует учитывать следующие показатели: фаза развития и высота, число живых и погибших растений на 1 м2, кустистость, глубина залегания узлов кущения, состояние вторичных корней, степень засоренности, повреждения вредителями и поражения болезнями. Общая оценка предзимнего состояния посевов делается по пятибалльной шкале на основании данных, полученных при обследовании. Отличное состояние характеризуется следующими показателями: густота растений на 1 м2 400-500 штук и стеблей — 1500-2000 штук, кустистость 5-8 штук; высота растений 15-22 см; глубина залегания узлов кущения не менее 2-2,5 см; развитие вторичной корневой системы хорошее, посевы не засорены и выровнены. Общая оценка составляет 5 баллов. При благоприятных условиях здесь может быть сформирован высокий урожай. Хорошее состояние характеризуется в основном нормальным ростом и развитием растений, но кустистость невысокая, наблюдается небольшая изреженность. Общая оценка составляет 4 балла. На таком поле может быть получен хороший урожай. Среднее состояние дается в том случае, когда посевы удовлетворительные, но недостаточно раскустившиеся, местами изрежены и засорены. Общая оценка составляет 3 балла. Здесь возможен средний урожай. Плохое состояние бывает тогда, когда растения развиты слабо (3 листа), кущения нет, вторичные корни не образовались, посевы изрежены и засорены. Общая оценка составляет 2 балла.
В этом случае будет низкий урожай. Очень плохое состояние присваивается посевам сильно изреженным и невыравненным, где слаборазвитые растения не раскустились, нет вторичных корней, много сорняков. Общая оценка составляет 1 балл. На таком поле урожай будет очень низким. Для оценки состояния посевов озимых культур ежегодно проводится экспериментальная проверка в установленные сроки: 25 декабря, 25 января, 25 февраля и 15 марта, а также после каждого сильного похолодания. При этом на поле отбираются пробы растений для анализа их на жизнеспособность, для этой цели используются несколько методов.
Отращивание растений в монолитах считается наиболее распространенным и простым методом.
Вырубленные в поле монолиты (30x30x15 см) помещаются в ящики и накрываются мешковиной для защиты от морозов. Затем они накрываются мокрой тканью и постепенно размораживаются в помещении при температуре +5-10°С. После полного оттаивания они переносятся в светлую и теплую комнату (+15-20°С), при этом обрезается ножницами надземная часть растений на высоте 5-6 см, чтобы хорошо было видно отрастание новых листьев. Живые растения подсчитываются два раза — через 10 и 20 дней. Живыми считаются те, которые образовали новые листья и узловые корни. Этот метод считается трудоемким, длительным и недостаточно надежным.
Отращивание растений на воде дает возможность ускорить определение жизнеспособности растений.
Для этого вырубаются пробы на глубину 8-10 см, укрываются мешковиной и пленкой, а затем привозятся в помещение. После оттаивания растения отделяются от почвы и промываются водой, обрезаются корни на расстоянии 3-4 см от узла кущения и листья на высоте 5-6 см и помещаются в растильни с водой, которая меняется через сутки. Затем они вставляются в отверстия в крышках и помещаются в светлое место при температуре около +15°С. Учет жизнеспособности проводится через 7 дней, так как за это время у живых растений образуются новые листья и корешки.
Отрастание узлов кущения является ускоренным методом, который основан на их способности отрастать при благоприятных условиях. Он был разработан в 70-80-х годах XX в. в Донском зональном НИИСХ. Отбор проб и оттаивание проводится так же, как в предыдущем методе. После оттаивания и отмывания у растений обрезаются ножницами побеги на расстоянии 1,5 см от узла кущения, а корни удаляются полностью. Узлы кущения раскладываются в чашках Петри или в стеклянных банках, на дно которых предварительно помещается влажная вата или фильтровальная бумага. Сверху они закрываются, чтобы повысить влажность среды, и выдерживаются 16 часов при температуре +24-26°С или 24 часа при температуре + 10-15°С. За это время только у живых растений из меристемной ткани появляются приросты 3-5 мм и более.
В последние годы этот метод был усовершенствован. Для этого по диагонали поля отбирается 30-50 растений с неповрежденными узлами кущения. Желательно эту работу проводить при температуре воздуха -3 — -5°С. Если же в это время температура воздуха ниже -14°С, то отобранные образцы укрываются. Пробы размораживаются при температуре +5-6°С, а затем отмываются от почвы в холодной воде. После этого растения обрезаются по 3-4 см от узла кущения (листья и корни). Эти отрезки помещаются в стеклянные или пластмассовые банки, объемом 250-500 мл или полиэтиленовые пакеты с увлажненной фильтровальной бумагой (ватой) на дне. В каждую банку кладется более 50 отрезков. Чтобы создать влажную среду, банки накрываются. Отращивание проводится не менее трех суток при температуре +18°С в затененном месте. Таким образом, усовершенствованный донской метод дает возможность быстро получить объективную информацию о состоянии озимых хлебов.
Оценка озимых посевов рано весной. После весеннего обследования посевов озимых культур между возобновлением вегетации и боронованием принимается окончательное решение по каждому полю. Здоровыми считаются зеленые, активно возобновившие вегетацию растения; узел кущения у них белый и плотный, а при отрастании из него снова появляются белые узловые корешки. Погибшие растения имеют коричневую подземную часть, желто-коричневый, дряблый и водянистый узел кущения, на котором не образуются новые корешки. Следует помнить, что погибшие от мороза растения выходят обычно из-под снега зелеными, но после потепления начинают быстро буреть. Распределение погибших растений в посевах может быть более или менее равномерным среди живых по всему полю или пятнистым, когда они в виде плешин находятся в понижениях при вымокании и ледяной корке, а также на возвышенностях при вымерзании. По результатам обследования дается глазомерная оценка посевов:
- 5 баллов — перезимовали почти все растения, изреженности и пятен нет;
- 4 балла — перезимовка хорошая и изреженность не превышает 25%;
- 3 балла — изреженность и гибель значительная — от 26 до 50% растений;
- 2 балла — погибло более 50% растений;
- 1 балл — сохранились единичные растения.
Посевы с баллами 5 и 4 сохраняются, а сильно изреженные (1-2 балла) — пересеваются. К полям, оцененным баллом 3, приходится применять дифференцированный подход. Если сохранившиеся и хорошо раскустившиеся с осени растения могут сформировать 400-500 колосьев на 1 м2, такой посев оставляется. Когда пятна погибших растений составляют около 50% площади поля, их требуется быстро засеять ячменем. Если изреживание равномерно распределено по полю, то такие посевы можно оставить при условии более лучшего ухода за ними или же их следует полностью пересевать. В то же время проводить так называемый подсев, который часто практикуется в производстве, нецелесообразно, так как при этом положительный результат не всегда удается получить. Эффективность пересева среднеизреженных посевов в значительной степени зависит от весенней погоды. При ранней весне пересевать их не следует, так как за счет необходимого ухода они дадут хороший урожай. При поздней весне с быстрым нарастанием тепла сокращается период для кущения и может сформироваться низкий урожай. В таких случаях пересев сильно изреженных и слабых озимых хлебов ранними (ячмень, пшеница) или поздними яровыми культурами (просо, гречиха, кукуруза и др.) получается эффективным.
В последние годы XX в. Мединец В. Д. в Полтавской области (Украина) разработал новый экологический показатель — время возобновления весенней вегетации (ВВВВ), который характеризует ожидаемое сочетание световых и тепловых весенних условий жизни озимых растений.
Для получения высокого урожая с хорошим качеством систему ухода за ними необходимо дифференцировать в зависимости от ВВВВ. Учет этого показателя предполагает характеризовать пробуждающиеся растения в определенных световых и тепловых условиях. В годы с ранним ВВВВ складываются благоприятные условия для развития корневой системы и кущения, более интенсивно идет накопление фитомассы, но в то же время возрастает склонность к затенению и полеганию. При этом формируется обычно хороший урожай невысокого качества (пониженное содержание в зерне белка и клейковины). При позднем ВВВВ посевы значительно слабее кустятся, формируются низкорослыми и быстро переходят к колошению, не полегают, имеют невысокую фитомассу, в том числе пониженный урожай зерна, но с высоким содержанием белка и клейковины. Учет этого показателя дает возможность более квалифицированно решать многие вопросы, связанные с уходом за посевами (применение регуляторов роста, азотных подкормок и т. д.). В лесостепной и степной зонах Европейской части России в годы с поздним ВВВВ эффективность этих препаратов бывает низкой даже на фоне подкормки азотом. Зато при раннем ВВВВ они становится надежным средством повышения урожая зерна. При раннем ВВВВ рекомендуется не проводить очень ранних подкормок, а дозу азота следует уменьшать. При внесении полного минерального удобрения нужно повышать дозы фосфора и калия. С целью повышения качества зерна рекомендуется делать более поздние подкормки (в фазе колошения) с увеличением дозы азота. При позднем ВВВВ для стимулирования роста вегетативной массы первую и вторую подкормки рекомендуется делать как можно раньше более высокими дозами азота; если же такой возможности нет, то вся доза его вносится в ранние сроки.