Требования к почвенно-климатическим условиям зерновых культур

источник: Зерновые культуры (Выращивание, уборка, хранение и использование) // Под общей редакцией Д. Шпаара

Климатические условия

Пшеница, рожь, ячмень, тритикале и овес являются зерновыми умеренного климата, однако по требованиям к климату (температуре и осадкам) они сильно различаются между собой. Существуют различия даже между их озимыми и яровыми формами. Значительными они бывают и между сортами при их адаптации к определенным условиям.

Таблица №1.
Оптимальные температуры для роста и развития зерновых культур представлены
ПоказательОзимая культураЯровая культура
ПшеницаРожьТритикалеЯчменьПшеницаЯчменьОвес
Минимальная температура прорастания, °С2-41-21-32-42-42-43-5
Максимальная температура прорастания, °С25-3025-3025-3025-3025-3025-3025-30
Минимальная температура начала роста, °С3-52-33-43-54-54-54-6
Морозоустойчивость, °С (без снежного покрова)-20-25-20-15-6-3-3
Сумма температур, °С (с 1-го листа до полной спелости)1990-25001700-21001800-23001700-21001600-18001500-17001500-1700
Температура вернализации, °С0-50-50-50-5---
Длительность вернализации, дни40-7030-5035-6020-40---
Начало прироста СМ, дни4-64-64-64-66-86-86-8

Озимая рожь переносит самые низкие температуры, озимый ячмень — самая чувствительная культура. Озимая пшеница и тритикале по этому признаку занимают среднее положение.

Вышеназванные цифры являются приблизительными. Они могут колебаться в зависимости от конкретных погодных условий.

Озимые зерновые переносят более низкие температуры тогда, когда происходит постепенное их закаливание.

Изменяющиеся температуры, близкие к точке замерзания, вызывают энзиматическую активность внутри клеток, что снижает их холодостойкость. Особенно к этому чувствительны сильно развитые или рано вступающие в рост растения.

Опасность гибели высока у растений, которые поражены болезнями, вредителями, птицами или внезапно наступившими холодами при интенсивных процессах обмена веществ. Обычно это наблюдается в начале зимы или во время весенних заморозков.

Кроме того, к гибели озимых от непосредственного действия мороза, т.е. от вымерзания, помимо механического разрушения клеток льдом, приводит выпирание (иссушение) растений зерновых. Оно вызывается сменой отрицательных ночных температур и положительных дневных. В результате движения почвы обрываются корневые волоски или даже скелетные корни, а сами растения оказываются как бы выдавленными из почвы.

В условиях резко континентального климата при низкой температуре может иссушаться в течение всей зимы и верхний слой почвы. Особенно длинные периоды морозной засухи до начала вегетации являются частой причиной гибели озимых.

Выпревание также приводит к гибели зерновых. Оно наблюдается при длительно сохраняющемся снежном покрове. Если при этом верхний слой подтаивает, а затем температура опускается ниже 0°С, то образуется ледяная корка и прекращается воздухообмен. В таких условиях создается благоприятная среда для развития плесневых грибов и возникает особенно большая опасность поражения снежной плесенью (возбудитель — Microdochium nivale) для загущенных посевов. Она больше у ржи, тритикале и ячменя, чем у пшеницы. Озимый ячмень в таких условиях, кроме того, поражается тифулезом (Thyphula spp.). Для успешной зимовки озимым необходимо достаточное, специфическое для видов и сортов осеннее развитие. Зимостойкость снижается при слишком сильном или недостаточном осеннем развитии. Отрицательно влияет на зимостойкость несбалансированное удобрение, особенно недостаток калия. Пораженные некоторыми вирусными болезнями посевы зерновых менее зимостойки, чем здоровые.

Для каждой культуры в конкретной местности при помощи агротехнических мероприятий, особенно выбора срока посева, следует создать предпосылки для оптимального осеннего развития. Так, наивысшая холодостойкость пшеницы наблюдается при вступлении в зиму в фазе 3-5 листьев. Поздние посевы, при которых зерновки зимуют в проросшем состоянии и только весной всходят, сильнее страдают от мороза и гибнут уже при температуре -5°С. После начала вегетации весной озимые быстро утрачивают морозостойкость и в зависимости от сорта страдают от сильных весенних повторных заморозков. Рожь особенно чувствительна к заморозкам во время цветения. Заморозки могут вызвать частичное или полное пустоколосье. Яровые зерновые обычно переносят отрицательные температуры до -5°С. Для начала роста и развития весной и в течение вегетации разным зерновым также требуются различные температуры.

Озимая пшеница требует более высоких температур для начала вегетации; с этим связаны более позднее начало роста и смыкание рядов. Этим объясняется и более высокая опасность засорения. Во время вегетации озимая пшеница также предпочитает более высокие температуры. Прохладная погода в мае и июне вызывает осветление листьев, и при достаточной влажности создаются благоприятные условия для поражения растений желтой ржавчиной (Puccinia striiformis).

Озимая рожь начинает ассимиляцию СO2 уже при температуре 2-3°С; весной она раньше других культур начинает развиваться. Для нее наиболее пригодны места с прохладным климатом.

Тритикале по этим свойствам занимает промежуточное положение между пшеницей и рожью. В зависимости от сорта оно склоняется по требованию к температуре то к одной, то к другой культуре.

Озимый ячмень отличается ранним началом вегетации при постепенно повышающихся температурах. Быстрое потепление весной вызывает быстрый выход в трубку и не позволяет достичь необходимой для высоких урожаев густоты стеблестоя.

Яровой ячмень также предпочитает места, которые допускают ранний посев. Он лучше развивается при более прохладной погоде с медленно повышающимися температурами. Быстрое повышение температур весной не позволяет достичь высоких урожаев.

Овес — растение более прохладного климата. Требования к теплу у него невысокие.

Зерновые отличаются и потребностью во влаге, причем это выражено по-разному на разных стадиях развития. О потребности в воде можно судить по коэффициенту транспирации, т.е. по потреблению воды (кг) для образования 1 кг СМ (табл. 2). Потребление воды сильно зависит и от внешних условий, как показано в табл. 3.

Таблица №2.
Коэффициенты транспирации для зерновых культур
КультураКоэффициент транспирации (кг воды/кг СМ)
Пшеница340-690
Рожь400-500
Тритикале450-550
Ячмень310-520
Овес445-875

Таблица №3.
Коэффициенты транспирации и эвапотранспирации для зерновых, определенные в США и в Германии
КультураКоэффициент транспирации в Акроне, Колорадо (США)Коэффициент эвапотранспирации в опытах в Германии
1-й опыт2-й опыт3-й опыт
Яровая пшеница557388301359
Яровой ячмень518-224312
Овес583278--

Обычно по методическим причинам во многих опытах определяется не только транспирация, но и эвапорация почвы, т.е. эвапотранспирация. На самом деле определяется коэффициент эвапотранспирации или водопотребления. В России коэффициенты водопотребления для озимых ржи и пшеницы — 700-1250 м3/т, а для яровых колосовых — 1100-1400 м3/т урожая.

Пшеница во время вегетации относительно требовательна к влаге. Это объясняется как высоким коэффициентом транспирации, так и тем фактом, что она вследствие своего позднего роста и развития не в состоянии в полной мере использовать зимние запасы влаги. Озимая пшеница лучше других культур переносит осенний посев во влажную почву и весеннее переувлажнение. Из-за относительно слабо развитой корневой системы и чувствительности к кратковременным периодам засухи она предпочитает почвы, способные накапливать и задерживать влагу.

Рожь менее требовательна к влаге. Благодаря сильно развитой корневой системе и раннему максимуму потребности в воде она хорошо использует запасы зимней влаги в почве. Обильные зимние осадки ей не требуются. Сухая осенняя погода благоприятна, особенно во время посева, так как рожь чувствительна к посеву во влажную почву. Достаточные осадки при низких температурах в период выхода в трубку необходимы для равномерного и полного стеблевания, что очень хорошо для получения высоких урожаев.

Во время цветения для ржи лучше всего подходит погода без осадков. После цветения рожь не столь требовательна к уровню влаги, но на легких почвах даже несильная засуха приводит к недостаточному наливу зерен.

Многолетнее (45-летнее) сравнение озимой ржи с яровыми культурами на песчаной почве опытного поля в Далеме (Берлин) показывает, что урожайность ржи при этих условиях менее зависит от осадков весной и летом, чем урожайность яровых культур. Ее многолетнее среднее выше и меньше колеблется (рис. 1). Опыт показывает также, что в разные годы разные компоненты урожайности по разному участвуют в формировании урожайности этих культур (рис. 2).

Потребность тритикале во влаге выше, чем потребность во влаге ржи. Коэффициент транспирации также выше, чем у ржи. Для продолжительной фазы налива зерен и хорошего созревания лучше всего равномерное распределение осадков при низких температурах и сухая теплая погода в фазе созревания.

Обильные осадки после колошения могут вызвать полегание. Дождливая погода между колошением и цветением способствует поражению колосовым септориозом (Staganospora nodorum). Как и рожь, тритикале прорастает при дождливой погоде в фазе созревания. Слишком сухую и теплую погоду в фазе образования и налива зерен тритикале переносит лучше, чем пшеница, но хуже, чем рожь.

Озимый ячмень благодаря раннему выходу в трубку хорошо использует зимние осадки. Поэтому он дает и на более легких почвах, и в засушливые годы относительно высокие урожаи. Но обильные зимние осадки и связанное с этим позднее созревание почвы весной так же отрицательно влияют на его развитие, как и высокий уровень влаги весной. Поскольку фаза от колошения до спелости имеет важное значение для формирования урожая, достаточное снабжение водой при умеренных температурах удлиняет у здоровых посевов фазу налива. Она необходима для получения высоких урожаев.

В ранней фазе развития для ярового ячменя предпочтительна сухая погода при умеренных температурах. Такие условия заставляют молодые растения внедряться со своей слабо развитой корневой системой в более глубокие почвенные слои. Таким образом достигается более высокая устойчивость к засухе и предотвращается преждевременная спелость. Во время выхода в трубку, колошения, цветения и начала образования зерен яровой ячмень наиболее требователен к влаге, но обильные осадки при высоких температурах на богатых питательными веществами почвах вызывают чрезмерное кущение и полегание.




Рис. 1. Многолетняя урожайность в зависимости от погодных условий в ходе стационарного опыта в Университете им. братьев Гумбольдт в Далеме (Берлин, северо-восток Германии)




Рис. 2. Многолетние колебания урожайности ржи (а), ярового ячменя (б), овса (в) и их компонентов (г) в зависимости от погодных условий в ходе стационарного опыта в Университете им. братьев Гумбольдт в Далеме (Берлин, северо-восток Германии)

На почвах с достаточной водозадерживающей способностью умеренные осадки или более прохладная, но солнечная погода в этой фазе противодействует полеганию и создает благоприятные условия для получения высоких урожаев, в то время как слишком влажная погода при низких температурах способствует поражению желтой ржавчиной (Puccinia striiformis). При недостатке осадков в июне и июле на почвах с хорошей влагоудерживающей способностью для ячменя создаются предпосылки Рис. 2. Окончание для получения хорошего урожая зерна высокого качества. В то же время на почвах со слабой влагоудерживающей способностью или недостаточным запасом влаги возможны большие потери урожая зерна. При недостатке воды в фазе выхода в трубку колосья остаются во влагалищах и не дают урожая или после выпадения осадков происходит формирование новых стеблей — подгона.

Овес очень требователен к влаге. Высокая относительная влажность и частые осадки — предпосылки для получения высоких урожаев. Урожайность овса растет почти параллельно количеству летних осадков. На недостаток воды в фазе стеблевания он реагирует более чутко, чем другие зерновые. Такой недостаток воды вызывает снижение густоты стояния, стебли остаются короткими и количество зерен в метелках резко уменьшается. Дожди во время цветения благоприятно влияют на образование и налив зерен. Овес меньше других зерновых требователен к свету, хорошо переносит частую облачность и туманы, т.е. приспособлен к атлантическому климату.

Подводя итог вышесказанному, можно в зависимости от отрицательного влияния климатических факторов на урожайность зерновых составить следующий убывающий ряд.

  • Повреждения из-за вымерзания: озимый ячмень ⇛ озимая пшеница ⇛ озимое тритикале ⇛ озимая рожь
  • Повреждения из-за поздних заморозков во время цветения: озимый ячмень ⇛ озимая рожь
  • Повреждения из-за недостатка влаги (во взаимодействии с почвенными свойствами и при приближении к полной реализации потенциальной урожайности): овес ⇛ яровая пшеница ⇛ озимая пшеница ⇛ яровой ячмень ⇛ озимое тритикале ⇛ озимая рожь ⇛ озимый ячмень
  • Повреждения из-за дождя и ветра (в форме полегания после колошения): озимая рожь ⇛ озимое тритикале ⇛ многорядный озимый ячмень ⇛ овес ⇛ яровой ячмень ⇛ двухрядный озимый ячмень ⇛ яровая пшеница ⇛ озимая пшеница
  • Повреждения — прорастание зерен после созревания: рожь ⇛ тритикале ⇛ пшеница и овес ⇛ ячмень

Почвенные условия

Разные виды зерновых сильно отличаются требованиями к почвенным условиям.

Вид почвы и ее уровень плодородия в большей мере определяют урожайность пшеницы, чем других зерновых. Она лучше всего растет на богатых гумусом коллоидных почвах с мощным пахотным слоем, с хорошей буферной способностью и богатых питательными веществами.

Наилучшие почвы для выращивания пшеницы — лессовые и лессово-суглинистые. Она хорошо растет и на богатых известью почвах аллювиального происхождения в низменностях рек, а также на почвах, образующихся на известковых и щелочных материнских породах (известняк-ракушечник, базальт).

На тяжелых илистых почвах ее выращивание также возможно, если не застаивается вода и почва хорошо известкована, а благодаря органическим удобрениям достигнута необходимая спелость почвы. Выращивание пшеницы на песчаных суглинках зависит от уровня плодородия этих почв. Сравнение урожайности озимой пшеницы с урожайностью других культур зерновых в многолетних опытах на точно сравниваемых местах выращивания в Германии показали, что она при возрастающих баллах бонитировки почв дает больший прирост урожайности, чем другие культуры (рис. 3).

Рис. 3. Сравнение урожайности озимой пшеницы с урожайностью других зерновых культур в многолетних опытах на точно сравниваемых местах выращивания в Германии

Рожь хорошо приспособлена к разным почвам, и у нее мало специфических требований к ним. Она лучше растет на слабокислых почвах, но ее можно успешно выращивать на почвах и со щелочной, и с сильнокислой реакцией (рис. 4).

Рис. 4. Рост зерновых при разной кислотности почвы (pH)

Рожь не требовательна и к виду почвы. Она растет на всех почвах, если они не страдают от застоя влаги, хотя предпочитает вместо песчаных почв суглинистые и илистые. Но, несмотря на низкие требования к почве по сравнению с другими зерновыми и на относительно стабильную урожайность на более бедных песчаных почвах, рожь реагирует на плодородие почв лучшей урожайностью. Это показывают и многолетние опыты на северо-востоке Германии (табл. 4 и рис. 5).

Однако чем лучше почва, тем больше снижается урожайность ржи по сравнению с урожайностью других зерновых. Она имеет на песчаных почвах с низким уровнем грунтовых вод наивысшую специфическую урожайность, несмотря на большие колебания урожайности на этих почвах. Требования гибридной ржи к почвенным условиям выше требований у популяционных сортов.

Таблица №4.
Влияние бонитета почвы на урожайность ржи
БонитетОтносительная урожайность, %
28100
28-33128
34-39136
40-44146
45-49154
Более 49156

Рис. 5. Урожайность ржи по сравнению с урожайностью других зерновых при возрастающих бонитировках почвы (результаты многолетнего опыта на северо-востоке Германии)

Требования тритикале к почвам также выше, чем у ржи. На песчаных почвах с низким уровнем грунтовых вод ему может вредить засуха. Но на песчаном суглинке и супесчаных почвах тритикале, как правило, растет хорошо. Его потенциальная урожайность на более плодородных почвах выше, чем у ржи, но ниже, чем у пшеницы (рис. 6).

Ячмень является довольно требовательной к почвенным условиям культурой. Для высоких урожаев ему необходимы почвы, которые обеспечивают его в достаточной мере водой и питательными веществами. Это особенно касается ярового ячменя. Относительно видов почв у него такие же требования, как и у пшеницы, но он более требователен к содержанию в почве извести.

Лучше всего ячмень растет при нейтральной и даже слабощелочной почвенной реакции и требует свободного карбоната кальция в почвенном слое.

Ячмень очень чувствителен к заплыванию почвы. Поэтому сырые, мало оструктуренные почвы непригодны для его выращивания. На песчаных почвах успех выращивания ячменя зависит от достаточного и равномерного распределения осадков во время вегетации.

При достаточном снабжении водой овес можно с успехом выращивать на всех почвах. Он особенно хорошо растет на богатых влагой и питательными веществами аллювиальных почвах. Он также хорошо растет на почвах, образовавшихся вследствие выветривания материнских пород, имеющих маломощный пахотный слой, во влажных местностях. Его незначительная чувствительность к кислой реакции почвы и к окультуренности позволяет выращивать его первой культурой на впервые включенных в пашни почвах. Щелочная реакция ему мало вредит на почвах с хорошей буферной способностью, но на легких почвах она может быть причиной недостатка микроэлементов. На болотистых почвах он часто является единственным видом зерновых, который стоит выращивать. Но здесь требуются устойчивые к полеганию сорта с поздним цветением. На песчаных почвах овес можно выращивать, если обеспечить его водой. Непригодны для выращивания овса песчаные почвы в регионах с осадками менее 500 мм в год.

Рис. 6. Зависимость между бонитетом почвы и урожайностью пшеницы, тритикале и ржи (1986-1990)

Подводя итог вышесказанному, можно в зависимости от отрицательного влияния неблагоприятных почвенных условий во взаимосвязи с определенными погодными условиями на урожайность видов зерновых составить следующий убывающий ряд.

  • Низкие показатели pH почвенного раствора: пшеница ⇛ ячмень ⇛ тритикале ⇛ овес и рожь
  • Застойная влага: прорастающий семенной материал ⇛ молодые посевы (меньше испаряющие) ⇛ старые посевы (больше испаряющие)
  • Недостаток микроэлементов (Cu, Mn и других, типичных для определенных почв, например болотистых): овес ⇛ пшеница ⇛ ячмень ⇛ тритикале ⇛ рожь
  • Недостаток макроэлементов: пшеница ⇛ ячмень ⇛ тритикале ⇛ овес ⇛ рожь

Резюме

Требования к выращиванию отдельных видов зерновых можно подытожить следующим образом.

Озимая пшеница дает самые высокие урожаи на богатых питательными веществами и с глубокими горизонтами А и Б коллоидных почвах, которые находятся в хорошо окультуренном состоянии (на черноземах и лессовых почвах) с высокими баллами бонитировки (более 50). Чем легче почва, тем выше требования к факторам интенсификации и культуре земледелия. Ограничивающие факторы выращивания — низкие зимние температуры и обеспеченность влагой во время вегетации. Чем легче почвы, тем большее значение имеют осадки и их распределение. В целом озимая пшеница предпочитает засушливую погоду осенью и раннее потепление весной, что позволяет удовлетворить ее потребности во влаге при возобновлении вегетации.

Яровая пшеница предъявляет такие же требования к месту выращивания, как и озимая пшеница, минус ограничения на низкие зимние температуры.

Озимая рожь считается видом зерновых, предназначенным для легких почв. Так как у нее хорошая поглотительная способность (воды и питательных веществ), на песчаных почвах она дает хорошие урожаи. Ее урожайность на супесчаных и легких суглинках выше, но здесь она может конкурировать с ячменем и пшеницей только при экстремальных климатических условиях. Выращивание ржи ограничивается не только климатическим фактором. Она чувствительна к посеву в сырую почву и требует условий для быстрого осеннего развития. Во время цветения она страдает от холода и влаги, а от последней — еще и в конце фазы созревания. Гибридная рожь более требовательна к почвенным условиям.

Тритикале по требованиям к месту произрастания можно расположить между рожью и пшеницей. По длине колоса и стебля, а также по плотности колоса тритикале чаще всего уступает ржи, но превосходит пшеницу. Наивысшая его урожайность достигается на почвах со средним и лучшим бонитетом. Оно требует достаточного обеспечения влагой. Относительно морозостойкости оно ближе к озимой пшенице. Как и рожь, тритикале страдает от холодной дождливой погоды во время цветения. При дождливой погоде во время созревания существует опасность снижения качества урожая из-за прорастания зерен.

Для фазы налива зерен тритикале и хорошего их созревания оптимальными являются равномерное распределение осадков при низких температурах и сухая теплая погода в фазе созревания. Сильные осадки после колошения могут вызвать полегание. Дождливая погода между колошением и цветением способствует поражению растений колосовым септориозом (Staganospora nodorum). Как и рожь, тритикале прорастает при дождливой погоде в фазе созревания. Слишком сухую и теплую погоду в фазе образования и налива зерен тритикале переносит лучше, чем пшеница, но хуже, чем рожь.

Озимый ячмень менее требователен к почвам, чем пшеница, но его выращивание значительно ограничивается климатическими условиями, особенно температурой. Он дает высокие урожаи на почвах с бонитетом около 30, если они не кислые. Озимый ячмень хорошо использует почвенную влагу, накопившуюся зимой, и любит регионы с быстрым прогреванием почв весной. Бесснежные зимы с сильными морозами (-15°С и ниже) и с долго лежащим снежным покровом (из-за поражения болезнями) он не переносит.

Благодаря раннему выходу в трубку озимый ячмень хорошо использует зимние осадки. Поэтому он дает и на более легких почвах, и в засушливые годы относительно высокие урожаи. Но обильные зимние осадки и связанное с этим позднее потепление весной отрицательно влияют на его развитие, как и обильная влага весной. Так как фаза от колошения до спелости имеет большое значение для формирования урожая, достаточное снабжение водой при умеренных температурах в этот период удлиняет у здоровых посевов фазу налива, благодаря чему обеспечивается получение наиболее высоких урожаев.

Возделывание ярового ячменя в кормовых целях почти не ограничено почвенными условиями. Его можно выращивать на почвах начиная от бонитета 22, если почвенная реакция не кислая. Урожайность на легких почвах прямо зависит от суммы и характера распределения осадков в вегетационный период.

На ранней фазе развития ярового ячменя оптимальной является сухая погода при умеренных температурах. Такие условия заставляют слаборазвитую корневую систему молодых растений внедряться в глубокие почвенные слои. Так достигается более высокая устойчивость к засухе и предотвращается преждевременная спелость. Во время выхода в трубку, колошения, цветения и начала образования зерен яровой ячмень наиболее требователен к влаге. Но обильные осадки, связанные с высокими температурами, на богатых питательными веществами почвах вызывают чрезмерное образование стеблей и их полегание.

На почвах с достаточной водоудерживающей способностью умеренные осадки или более прохладная, но солнечная погода в этой фазе препятствуют полеганию и создают благоприятные условия для получения высоких урожаев. Слишком влажная погода при низких температурах способствует поражению ярового ячменя желтой ржавчиной (Puccinia striiformis).

Для возделывания пивоваренного ячменя требуются лучшие почвы (бонитет — более 28) и климатические условия, которые обеспечивают полное завязывание и налив зерен. Во время созревания необходима сухая и теплая погода, потому что погодные условия сильно влияют на качество пивоваренного ячменя (долю выполненного зерна и содержание протеина). Многолетние опыты на песчано-суглинистой почве в Восточной Германии показали, что осадки в мае и июне оказывают большое влияние на содержание в зерне протеина (рис. 7).

Высокая температура воздуха в фазе колошения приводит к повышению содержания сырого протеина в зерне и снижению доли выполненных зерен, как показано на рис. 8.

Рис. 7. Влияние осадков в мае и июне на содержание сырого протеина в зернах пивоваренного ячменя

Успех выращивания овса, в первую очередь, зависит от обеспеченности водой.

Рис. 8. Влияние суммы температур на содержание сырого протеина и долю выполненных зерен в течение двадцати дней от начала колошения

В регионах с частыми осадками, высокой влажностью воздуха и с почвами с высоким уровнем грунтовых вод при умеренных температурах гарантирован хороший урожай. Урожайность овса растет почти параллельно количеству летних осадков. На недостаток воды в фазе стеблевания он реагирует более чувствительно, чем другие виды зерновых. Такой недостаток воды вызывает снижение густоты стояния, стебли остаются короткими и количество зерен в метелках резко уменьшается. Дожди во время цветения благоприятно влияют на образование зерен и их налив. Овес меньше других зерновых требователен к свету и хорошо переносит частую облачность и туманы.

Поделиться: