Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
4.3. Требования гречихи к условиям произрастания
Требования к свету. Свет – один из основных факторов, значительно влияющих на рост и развитие гречихи. Хорошего освещения она требует в период плодообразования, что необходимо принимать во внимание при планировании доз азотных удобрений и норм высева семян. В условиях высокого уровня минерального питания и обильного увлажнения, при завышенных нормах высева, отмечается самозатенение растений, резко снижается урожай зерна (К.А. Савицкий, 1970; Е.С. Алексеева, 1981; Ресурсосберегающая…, 2009).
В условиях недостаточной освещенности у гречихи ухудшается развитие ветвей и листьев, меньше образуется цветков, завязей и семян. Для формирования урожая наиболее благоприятна переменная облачность. Это обусловлено тем, что процессы ассимиляции и синтеза пластических веществ у гречихи проходят лучше в условиях периодической смены прямого освещения с рассеянным светом. В условиях постоянного интенсивного освещения растения гречихи обычно страдают от сопутствующей повышенной температуры, при которой ассимиляционные процессы значительно ослаблены (К.А. Савицкий, 1970; Е.С. Алексеева, 1981).
Требования к теплу. Гречиха, как и многие сельскохозяйственные культуры, чувствительна к теплофизическим параметрам почвы и воздуха во все периоды роста и развития, поэтому является теплолюбивой (но не жаростойкой) культурой (К.А. Савицкий, 1970; Е.С. Алексеева, 1981; В.А. Гулидова, А.Д. Чеснокова, 1995).
Согласно данным Н.А. Березиной и Н.Б. Афанасьевой (2009), температура двойственно влияет на прорастание семян. С одной стороны, температурный режим определяет скорость прорастания, а с другой – может снять состояние покоя. При этом важно, чтобы температурные кардинальные точки для их прорастания соответствовали тем условиям, при которых возможно дальнейшее развитие молодых растений. Скорость прорастания семян возрастает с повышением температуры. Так, семена растений умеренных широт прорастают в теплое время года, а весной, при низких температурах, прорастание идёт очень медленно. Это имеет существенный адаптивный смысл, так как в холодной почве не могут нормально развиваться проростки. Поэтому, пока посевной слой почвы не прогреется, как правило, выше 10 °С, семена не трогаются в рост, но как только температура субстрата станет благоприятной, они развиваются быстрыми темпами.
Семена гречихи начинают прорастать при температуре 7–8 °С. Оптимальная температура для прорастания находится в интервале от 15 до 30 °С (Ресурсосберегающая…, 2009). При более низкой температуре прорастание семян замедляется, и появление всходов задерживается. Так, если при температуре 15–20 °С всходы гречихи отмечаются на пятый – седьмой день после посева, то при температуре 8–10 °С – лишь через 10–16 дней (К.А. Савицкий, 1970; Е.С. Алексеева, 1981).
Растения гречихи повреждаются заморозками во все периоды роста, особенно в первой половине вегетации (рис. 30). При минус 4 °С растения полностью погибают (Ресурсосберегающая…, 2009). Это объясняется повышенным содержанием в листьях воды. Снижение температуры на уровне высоты растений до минус 1 °С в течение 4–6 часов вызывает существенные повреждения, а до минус 2,5 °С – массовую гибель листьев и цветков (К.А. Савицкий, 1970; Е.С. Алексеева, 1981).
Гречиха плохо переносит и высокие температуры, особенно при недостатке влаги. Так, при прогревании воздуха выше 25 °С и низкой влажности почвы резко возрастает испарение листьями воды, ухудшаются условия опыления и оплодотворения, снижается продуктивность растений, что приводит к недобору урожая. Перед уборкой опасны не только высокие дневные температуры, но и ночные похолодания. При ночных температурах ниже 10 °С в течение 4–6 ночей гречиха полностью прекращает цветение и налив зерна, что способствует формированию недоразвитых плодов (К.А. Савицкий, 1970; Е.С. Алексеева, 1981).
Отрицательно влияют на плодообразование гречихи температуры ниже биологического минимума – 12–14 °С (Ресурсосберегающая…, 2009).
Основным защитно-приспособительным свойством гречихи к среде обитания служит длительный интенсивный рост. На воздействие неблагоприятных условий среды культура реагирует перераспределением тока ассимилянтов к растущим органам материнского растения в ущерб развивающимся семенам. У гречихи высокая чувствительность процесса плодообразования к теплу и влаге сочетается с повышенной выносливостью растений. Процесс плодообразования легко подавляется и возобновляется вновь, чутко реагируя на изменения внешних условий, например, на повышение влагозапасов.
Рис. 30. Гречиха весеннего срока сева, попавшая под заморозок
Требования к воде. Гречиха – влаголюбивая культура и по требованию к влаге занимает одно из первых мест среди зерновых. При влажности почвы 20–30 % и оптимальной температуре всходы появляются быстро и дружно. Минимальное потребление влаги (50–60 %) отмечается в первые две-три декады периода цветения-плодообразования (Ресурсосберегающая…, 2009).
Как отмечают Е.С. Алексеева (1981), Д.Я. Ефименко и Г.И. Барабаш (1986), П.Т. Корольков и А.Н. Душкин (1989), на образование единицы сухого вещества гречиха расходует больше воды, чем ячмень, овес и горох. За время вегетации она потребляет воды в 2 раза больше пшеницы и в 3 раза больше проса. Транспирационный коэффициент гречихи составляет 530, при внесении под неё полного минерального удобрения он снижается до 70 % по сравнению с посевами, на которые удобрения не вносились.
Водопотребление культуры зависит от продолжительности вегетационного периода (К.А. Савицкий, 1970; И.Н. Елагин, 1984). Позднеспелые формы, имеющие сильно облиственные растения с крупными листьями и толстыми сочными стеблями, расходуют воды больше и более требовательны к водообеспеченности, чем низкорослые и менее облиственные. При снижении влажности почвы всходы гречихи появляются на 4–8 дней позже обычного, а при пересыхании верхнего слоя почвы гречиха не всходит совсем.
Одновременное развитие вегетативных и генеративных органов гречихи требует большого количества воды. Максимальное водопотребление отмечается во время цветения-плодообразования, в 15–20 раз больше, чем в начальных фазах. Недостаток влаги приостанавливает рост растения, хотя его развитие продолжается и даже ускоряется. Растение в таких условиях вырастает невысоким, быстро отцветает и созревает.
Количество потребляемой воды и требовательность растений к влажности почвы по фазам развития гречихи неодинаковы. Наши наблюдения говорят о том, что хорошие урожаи зерна отмечаются при количестве осадков не менее 70 мм в первой половине цветения, если даже во время периода от всходов до цветения растения развивались при низкой влажности почвы. Повышенное количество осадков в течение вегетационного периода гречихи, особенно в первой половине вегетации, способствует усиленному росту вегетативной массы и снижает озернённость растений (К.А. Савицкий, 1970; Е.С. Алексеева, 1981). Следовательно, высокие температуры, недостаточная влажность почвы в период цветения и плодообразования гречихи отрицательно влияют на её продуктивность, что необходимо учитывать при планировании агротехнических мероприятий.
Требования к почвам. Гречиха лучше всего произрастает на почвах с хорошей аэрацией, влагоёмкостью и высоким плодородием. Оптимальная плотность пахотного слоя почвы для культуры составляет 1,05–1,20 г/см3 (Ресурсосберегающая…, 2009). Примерно к такому же выводу приходят В.М. Новиков и А.П. Исаев (1989), которые считают, что для гречихи наиболее благоприятно сложение почвы при плотности от 1,0 до 1,2 г/см3. Хорошими свойствами для произрастания гречихи обладают чернозёмы разных подтипов, легко – и средне суглинистые, чистые от сорняков (Е.С. Алексеева, 1981; Д.Я. Ефименко и Д.И. Барабаш, 1986).
Чернозёмы Алтайского края подвергаются наиболее интенсивному сельскохозяйственному воздействию и, вместе с тем, являются самым благоприятным ресурсом в земледелии. При выращивании гречихи на серых лесных почвах посевы рекомендуется размещать на хорошо окультуренных, удобренных и слабо заплывающих после выпадения осадков полях.
Гречиху относят к растениям кислого интервала. Она безболезненно выдерживает довольно высокую концентрацию водородных ионов в почвенном растворе при малом насыщении его основаниями. Однако лучшие урожаи гречиха даёт на слабокислых и близких к нейтральным почвах (Ресурсосберегающая…, 2009). К.А. Савицкий (1970) считает, что растения гречихи хорошо развиваются при кислотности почвы в интервале pH 5,0–6,5.
При размещении гречихи рекомендуется учитывать не только особенности почвенного покрова, но и рельефа. Лучше гречиху размещать вблизи водотоков и водоёмов, около лугов, лесополос и колков. В таких местах относительная влажность воздуха изменяется меньше, чем на открытых полях, растения мало подвержены неблагоприятным ветрам, насекомые лучше опыляют цветки.
Требования к питательным веществам. Гречиха является требовательной к питанию культурой. Для формирования 1 ц зерна и соответствующего количества незерновой части урожая потребляет из почвы 3,0–3,5 кг азота, 2,5–3,0 кг фосфора
и 4,5–5,6 кг калия. В разные периоды роста и развития требования к пищевому режиму неодинаковы: более 60 % азота и калия, 40 % фосфора от общей потребности необходимы в первые полтора месяца после посева. Потребление азота возрастает от начала всходов до 20-го дня вегетации и достигает максимального количества (89–94 %) к периоду массового цветения-плодообразования (Ресурсосберегающая…, 2009).
Ритмы потребления калия и азота совпадают – наибольшее их поглощение отмечается в четвёртой фазе, но для калия его высокий уровень сохраняется до восьмой фазы. Фосфорное питание необходимо в период прорастания семени, однако поглощение его до 13-го дня вегетации наименьшее. Постепенно, к 26–30-му дню, поступление этого элемента увеличивается практически в 2 раза и достигает максимума к началу образования плодов. Такая стабильная динамика сохраняется и далее на протяжении всего периода плодообразования-молочной спелости (до 95-го дня) и несколько снижается к уборке. На плодородных почвах, после удобренных предшественников, при содержании доступных форм фосфора и калия более 15 мг на 100 г почвы, можно получить урожай гречихи 2,0–2,5 т/га без внесения удобрений (Агроэкологический…, 2012).
На почвах с меньшим содержанием подвижных форм фосфора и калия (10 мг на 100 г почвы и менее) гречиха нуждается во внесении минеральных удобрений. Их дозы необходимо рассчитывать балансовым методом, основываясь на результатах агрохимического обследования полей и планируемой урожайности. Алгоритм расчёта норм внесения удобрений приведён в методических рекомендациях ГНУ ВНИИЗБК «Ресурсосберегающая технология производства гречихи» (Орел, 2009, с. 20).
Азотные удобрения рекомендуется вносить весной под предпосевную обработку (Ресурсосберегающая…, 2009). Фосфорные удобрения лучше вносить осенью под зябь. При использовании калийных удобрений следует принимать во внимание повышенную отрицательную реакцию гречихи к хлору, содержащемуся в наиболее распространённых формах калийных удобрений (хлористый калий, калийные соли). Лучшими являются бесхлорные формы. Хлорсодержащие калийные удобрения рекомендуется вносить под зяблевую вспашку, что обеспечит вымывание хлора за пределы корнеобитаемого слоя. Во всех зонах возделывания гречиха хорошо отзывается на внесение в рядки при посеве гранулированных фосфорных или сложных удобрений зернокомбинированными сеялками в количестве 10–20 кг д.в. на 1 га.
Гречихе необходимы также микроэлементы. После известкования кислых почв отмечается недостаток доступного для растений бора (менее 0,3 мг на 1 кг почвы). В таких условиях внесение борных удобрений является важным. В их качестве используют Гранубор Натур из расчёта 6–10 кг/га в составе тукосмеси под культивацию. Бор применяют также при подготовке семян (борная кислота, содержащая 17,5 % бора, 25–30 г на 1 ц).
Таким образом, анализ агроэкологических показателей гречихи посевной позволяет сделать вывод о том, что в Алтайском крае имеются все возможности для успешного возделывания этой культуры. Резервы среды обитания гречихи в регионе раскрыты ещё далеко не полностью.
Стрессовые реакции растений. Способность живых объектов поддерживать гомеостаз – относительное постоянство внутренней среды при действии внешних факторов – является важнейшим свойством любого организма (А.В. Шиленков, 2006; Н.А. Березина, Н.Б. Афанасьева, 2009). В настоящее время физиологи большое внимание уделяют проблеме стресса растений. К одной из основных задач относится изучение влияния неблагоприятных факторов внешней среды (стрессоров) и ответных реакций на них растительных организмов. Способность к защите растений от действий абиотических и биотических факторов среды появилась одновременно с возникновением жизни на Земле и в процессе эволюции организмов развивалась и совершенствовалась.
Н.А. Березина и Н.Б. Афанасьева (2009) приходят к выводу о том, что в результате воздействия на растение неблагоприятных факторов в нём возникает напряженное состояние, отклонение от нормы. Ответные реакции, индуцируемые в организме любыми внешними воздействиями, часто называют «адаптационным синдромом» или «стрессом» (англ. stress- напряжение). Н.А. Березина и Н.Б. Афанасьева (2009), ссылаясь на В.В. Полевого с соавт., (2001), определяют понятие стресса в физиологии как «комплекс неспецифических изменений, возникающих в организме в ответ на действие неблагоприятных факторов».
По мнению Н.А. Березиной и Н.Б. Афанасьевой (2009), у растений можно выделить три фазы ответной реакции на воздействие стрессора, согласно созданной в 30-е годы прошлого века канадским учёным-физиологом Г. Селье теории общего адаптационного синдрома (стресса): первичную стрессовую реакцию, адаптацию и истощение ресурсов надежности. Данные авторы, учитывая мнение В.В. Полевого (1989), считают также, что можно выделить три группы факторов, вызывающих стресс у растений:
– физические стрессоры – дефицит или избыток влажности, освещенность, температура, радиоактивное излучение, механические воздействия;
– химические стрессоры – отдельные соли, газы и другие вещества, в том числе ксенобиотики – пестициды, промышленные отходы и др.;
– биологические стрессоры – возбудители болезней, животные – вредители, а также конкуренты.
При стрессе у растительных организмов заметно подавляются энергетические процессы. Стрессовый ответ связан с нарушением функционирования мембран: у высших растений увеличивается их проницаемость, происходит деполяризация плазмалеммы.
Гречиха относится к группе растений, чувствительной к ксенобиотикам, особенно к гербицидам (Ресурсосберегающая…, 2009).
Н.А. Березина, Н.Б. Афанасьева (2009) делают вывод о том, что в небольших дозах повторяющиеся стрессы способствуют закаливанию организма. У растительных видов как устойчивых, так и неустойчивых к стрессу, выработались разные компенсаторные механизмы, обеспечивающие жизнеспособность организма в экстремальных условиях. Наиболее общими показателями жизненного состояния на организменном уровне является биомасса и скорость её накопления. У малоустойчивых растений в неблагоприятных условиях уменьшается площадь ассимилирующей поверхности листьев, а устойчивые виды могут увеличивать листовую площадь, приходящуюся на единицу массы, поэтому они дольше сохраняют и меньше снижают относительную скорость роста. Например, сорт гречихи Дикуль проявляет свойственную детерминантным сортам повышенную устойчивость к физическим стрессорам (засухе и высоким температурам) (Агроэкологический…, 2012).
Н.А. Березина и Н.Б. Афанасьева (2009), обобщая результаты исследований, приходят к заключению о том, что тепловой стресс – необычная для растительного организма нагрузка, вызывающая в нём специфическую общую реакцию. При термострессе цитоплазма сначала отвечает быстрым усилением метаболизма. Резко активизируется дыхание, что отражает попытку исправить появившиеся дефекты, и создать предпосылки для приспособления к новой физиологической ситуации. Если такого результата достичь не удаётся, возможности клетки истощаются, и она гибнет. При прохождении растительного организма через критическую температурную точку его основные структуры повреждаются, и протопласт быстро отмирает, что приводит к внезапной гибели клеток при заморозках. Однако повреждения могут возникать и постепенно. В этом случае отдельные функции всё сильнее угнетаются, происходят их нарушения, что приводит к разбалансировке процессов жизнедеятельности и гибели клеток.
А.В. Шиленков (2006) считает, что для управления процессами роста и развития растений, помимо общепринятых технологических приёмов, всё более широкое применение должно получить использование различных физических факторов: ультразвука, энергетических полей, ионизирующего излучения, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, низких температур и др. Физические стимуляторы отличаются технологичностью, эффективностью и производительностью. Но, наряду с положительной стороной указанных методов, имеют место недостатки, например, трудность дозировки и мутагенные эффекты.
В связи с этим, А.В. Шиленковым (2006) в условиях Пензенской области изучались изменения физиологических, а также биохимических процессов при действии импульсного давления и низких температур на семена гречихи и выявлялась их роль в формировании урожая зерна. Изучались сорта: Аромат, Дикуль, Саулык, Курская-87. Перед посевом семена обрабатывали импульсным давлением, создаваемым ударной волной в водной среде. Каждый плод испытывал объёмное сжатие. Время прохождения ударной волны составляло 15–25 мксек.
На основании проведенных экспериментов, данным исследователем предложен новый метод обработки семян гречихи воздействием импульсного давления, создаваемого детонацией взрывчатого вещества. Преимущества метода заключается в точности дозирования, равномерности распределения в среде и мгновенности воздействия, при котором не происходит грубого механического разрушения семени.
Изученные А.В. Шиленковым (2006) факторы повышают содержание пигментов в листьях гречихи среднего яруса, интенсивность фотосинтеза растений, что создает предпосылки для изменения структуры урожая, а также морфофизиологических характеристик. Импульсное давление и низкие температуры увеличивают засухо – и солеустойчивость семян и проростков гречихи.
Таким образом, наряду с субъективными причинами низкой урожайности гречихи, в частности, нарушениями технологического процесса, существуют объективные обстоятельства, определяющиеся биологией и физиологией культуры. Немаловажное значение также имеют морфологические особенности растений в ответственные фазы роста, такие, как одновременность прохождения цветения, плодообразования и созревания части плодов, интенсивное нарастание вегетативной массы, слабая корневая система и другие, предопределяющие сильную напряженность в водном и пищевом режимах.