Оптимальні параметри структури врожаю озимої пшениці
Володимир ЛИХОЧВОР, доктор с.-г. наук, професор, зав. кафедри технологій у рослинництві
Львівського національного аграрного університету
Структура агрофітоценозу пшеничного поля складається із рослин озимої пшениці, інших культурних видів, бур’янів, мікроорганізмів тощо. Тип агрофітоценозу, що визначає взаємовідносини як між окремими рослинами озимої пшениці, так і їх залежність від інших представників флори і фауни, з самого початку зумовлюється польовою схожістю. Від останньої залежить вибір тих чи інших агрозаходів для формування необхідної густоти продуктивного стеблостою перед збиранням. По суті, польова схожість зумовлює особливості майбутньої технології на полі. Звідси величезне значення цього показника.
Польову схожість озимої пшениці у межах 70-75% М.М.Кулешов, В.Е.Ториков фіксують у виробничих умовах. Інтенсивні технології повинні забезпечувати польову схожість близько 90%.
Для формування високих урожаїв важливе значення має одержання дружних і своєчасних сходів. У більшості випадків існує пряма залежність між польовою схожістю насіння та урожайністю посівів.
Всебічне вивчення цього питання М.М.Кулешовим призвело його до думки, що «... боротьба за 100% схожість - це не тільки боротьба за нормальну витрату насіннєвого матеріалу, це в той же час боротьба за здорові, вирівняні за розвитком і сильні рослини, що виростають з них».
В Україні щорічно озимі висіваються на площі 5-7 млн га, для чого необхідно 1-1,5 млн т зерна. Зниження польової схожості навіть на 1% призводить до перевитрати 10-15 тис. т високоякісного насіння. Крім перевитрат насіння, зниження польової схожості на 1% провокує зменшення урожайності озимих зернових на 1-1,5%. Підсумовуючи втрати насіння і зменшення урожайності від зниження польової схожості, матимемо значний недобір зерна.
Проблема перезимівлі рослин озимої пшениці займає особливе місце у технологічних розробках. Несприятливі умови перезимівлі викликають часткове пошкодження або повну загибель рослин. Найбільше на перезимівлю впливають три типи чинників: метеорологічні умови року, морозостійкість сорту та особливості технології.
Дія низьких температур у зимовий період проявляється не тільки у загибелі частини рослини чи пагонів, а й у зниженні продуктивності рослин, що перезимували. Причому воно більше у сортів із меншою морозостійкістю.
Із підвищенням потенційної врожайності сортів зимостійкість їх зменшується. Спостерігається стійка негативна кореляція між зимостійкістю та урожайністю. Фізіолого-біохімічні процеси та анатомо-морфологічні ознаки, що обумовлюють високу зимостійкість (помірнорослість, ксероморфна структура рослин, знижена активність ферментних систем) йдуть урозріз з ознаками, характерними для рослин високої продуктивності (висока інтенсивність процесів росту і розвитку, активне використання енергетичних речовин, широкі листки, товсте стебло, крупний колос та зерно) .
Значна частина рослин може загинути під час весняно-літньої вегетації. За даними Я.В.Губанова, у Лісостепу України за цей період може випадати 19-25% рослин. В окремі роки, у зв’язку з екстремальними умовами, тільки від шкідників і хвороб може гинути до 70% рослин. Від несприятливих погодних умов можна втратити 20-50% і більше рослин. Конкурентна боротьба з бур’янами зменшує кількість рослин озимої пшениці на 15-20%.
Значна частина рослин гине внаслідок внутрівидової конкуренції. Особливо це характерно для загущених посівів і з різноглибинним загортанням насіння. Рослини, що посіяні глибше, запізнюються із виходом на поверхню грунту, і цим запрограмовується постійне відставання у рості їх кореневої системи та надземної частини. Менш розвинута коренева система не може поглинути ту кількість поживних речовин, яку засвоює краще розвинута, тому сповільнюється ріст вегетативної маси, листків і пагонів кущення. Особливо гостро проявляється конкурентна боротьба під час росту стебла та інтенсивного наростання вегетативної маси.
Краще розвинуті рослини поглинають вкрай необхідні для формування біомаси вологу і поживні речовини, випереджують у рості ослаблені рослини і збільшують їх пригнічення, затінюючи від сонячних променів, що згодом приводить до загибелі.
Оцінюючи вплив густоти стояння рослин перед збиранням, необхідно зазначити, що близькі за обсягами врожаї можна одержати при різній густоті рослин. Так, за даними R.Wedwood, при нормальних погодних умовах варіювання густоти стояння від 100 до 400 рослин на 1 м2 мало позначилося на врожайності.
На думку М.С. Савицького, діапазон оптимальної густоти перед збиранням, залежно від грунтово-кліматичних умов, становить від 225 до 486 рослин на 1 м2.
Густота продуктивного стеблостою перед збиранням значною мірою залежить від тих же показників, що й густота рослин. Це насамперед норма висіву, польова схожість, перезимівля, виживання у весняно-літній період. Проте є принципові відмінності в особливостях формування густоти рослин і густоти стеблостою. Якщо густота рослин внаслідок втрат у процесі вегетації постійно зменшується, то густота продуктивного стеблостою піддається регулюванню у бік збільшення. Під час фази сходів втрата рослин однозначно веде до зменшення густоти пагонів на одиниці площі, оскільки рослини в цей час одностеблові. У фазі кущення утворення бокових стебел компенсує втрати частини рослин. Густота стеблостою зростає, не дивлячись на зменшення густоти рослин. Тобто формування стеблостою озимої пшениці обумовлюється двома протилежними процесами. Інтенсивне кущення рослин збільшує густоту продуктивного стеблостою. Редукція частини пагонів на рослині під час пізніших фаз росту і розвитку зменшує густоту стеблостою. Особливо сильно відбувається процес відмирання стебел - стебловідбір - з фази стеблування. Значне зниження стеблостою відбувається також внаслідок загибелі цілих рослин.
Продуктивність рослин озимої пшениці найбільше залежить від двох елементів структури врожаю - густоти продуктивного стеблостою і маси зерна з одного колоса. Згідно з вимогами інтенсивної технології на 1 м2 повинно бути 500-700 колосів.
Необхідну густоту стебел можна одержати підвищенням коефіцієнта кущення рослин, а запрограмований урожай виростити навіть при меншій густоті колосів, але більшій масі зерна з них. Про це свідчить аналіз наукових досліджень і дані світової практики. Так, у Бельгії професор Лалоу рекомендує норму висіву 70-120 кг/га, щоб навесні кількість рослин у фазі трьох листків не перевищувала 200-220 шт./м2. До початку збирання формується 400-500 колосів на 1 м2, що забезпечує одержання 70-100 ц/га зерна. Для умов Чехії і Словаччини в останні роки пропонується зменшити рядками 37,5 см, норма висіву при якому становить 36 кг/га.
За нашими даними, в умовах Західного Лісостепу України озима пшениця формує найвищу продуктивність при зменшенні норми висіву до 3-4 млн/га, або 120-200 кг/га.
Якою б не була норма висіву і густота сходів, рослини за допомогою кущення, або шляхом редукції пагонів чи утворення стерильних колосів зводять щільність стеблостою до стабільного показника. Наприклад, у дослідженнях В.І. Бондаренко і М.М. Повзик при нормах висіву 2,5 млн/га і 6,5 млн/га число продуктивних стебел було практично однаковим: відповідно 831 і 841 шт./м2.
Подібні результати одержані в дослідженнях M.Grencik. Урожайність при висіві 450 насінин на 1 м2 становила 66,1 ц/га, а при висіві 204 насінини за рахунок більшого числа колосів (656 шт./м2) зросла до 109 ц/га.
Продуктивне кущення. Для формування оптимальної густоти продуктивних стебел важливо реалізувати здатність озимої пшениці до кущення.
Число стебел на одну рослину може коливатись у значних межах. При загальноприйнятій технології вирощування озимої пшениці воно становить 1-3 і тільки на зріджених посівах може зростати до 10 і більше. Проте потенційні можливості утворення бокових пагонів надзвичайно високі. Продуктивна кущистість при створенні відповідних умов життєдіяльності може досягати до 100 колосів і більше. Кущі пшениці з площею живлення 30х70 см давали до 100 стебел з урожайністю 100-120 г. У штучних умовах вдавалось одержати рослини, що мали понад 300 стебел і більше. У спеціальному досліді, де температура постійно підтримувалась у межах 18-20°С, у сорту Одеська 3 виросло 334 пагони. В музеї вищого сільськогосподарського інституту в Перуджі (Італія) зберігається кущ озимої пшениці з 342 колосами, які виросли з одного зерна на дослідному полі цього інституту.
Порівнюючи максимальні значення коефіцієнта кущення рослин озимої пшениці з існуючими зараз, бачимо, що процесу кущення не приділяється належна увага. Більшість існуючих технологій зводять можливості рослин кущитись до мінімуму, а основою окремих з них і є одностебловий тип рослини без бокових пагонів.
Рекомендації вчених щодо оптимального значення коефіцієнта кущення дуже різноманітні. Прийняті зараз норми висіву і способи сівби озимої пшениці забезпечують продуктивну кущистість у середньому 1,5 колоса на рослину. Для одержання 90-110 ц/га зерна важливо мати синхронний розвиток пагонів кущення. Оптимальний коефіцієнт продуктивного кущення для сучасних сортів озимої пшениці повинен бути в межах 2-3.
За даними Миронівського інституту пшениці ім.В.М.Ремесла, при урожайності 90-100 ц/га зменшується кількість рослин з одним і трьома стеблами, і практично весь ценоз представлений двостебловими рослинами. У посівах з однаково розвинутими сильними рослинами зменшується внутрівидова конкуренція, випадання слабших рослин мінімальне.
Озима пшениця може мати два періоди кущення - осінній і весняний, залежно від строків сівби та інших чинників. Якщо строки сівби пізні і бокові пагони восени не утворилися, то кущення відбувається тільки навесні впродовж 30-40 днів. Коефіцієнт кущіння у цьому випадку зменшується.
На здатність озимої пшениці кущитись і значення цього явища для урожаю існують два протилежні погляди. Частина дослідників вважає кущення вагомим резервом росту врожаю. Інші стверджують, що збільшення кількості пагонів веде до зменшення урожаю зерна з одиниці площі, тобто заперечують доцільність кущення. На їх думку, для озимої пшениці властива асинхронність у розвитку пагонів, що призводить до їх редукції на пізніших фазах росту. Ті пагони кущення, що збереглися до збирання, менш продуктивні порівняно з головним. Крім того, вторинні стебла, які не дають зерна, непродуктивно використовують вологу, світло і поживні речовини.
За даними М. Савицького, М. Ніколаєва, починаючи з другого стебла, маса зерна зменшується на 14%, а стебла наступних порядків ще менш продуктивні.
Другорядна роль кущення у формуванні врожаю дозволила М. Савицькому, C. Donald та іншим прийти до висновку про доцільність виведення сортів із невисоким коефіцієнтом кущення, швидко ростучим першим (головним) стеблом і ранньою редукцією бокових пагонів, тобто переважно одностеблових. Для досягнення однорідності продуктивного стеблостою, у якому не буде конкуренції між сильнорозкущеними багатостебловими і слаборозвинутими одностебловими рослинами, на їх думку, необхідно застосовувати певні агротехнічні заходи, зокрема підвищувати норму висіву.
Але якщо підійти до цієї проблеми з іншого боку, то виявимо, що за великих норм висіву є найбільша можливість вплинути тільки на такий показник структури врожаю, як густота продуктивного стеблостою. Потенціал урожайності озимої пшениці визначається тільки густотою колосів. Майже неможливо в таких загущених агроценозах підвищити коефіцієнт кущення. Проблематичним виглядає збільшення елементів продуктивності колоса, особливо кількості зерен у колосі і його маси. Тут сильно обмежуються можливості маневру та управління структурою врожаю.
Тому більшість спеціалістів відхиляють концепцію одностеблової рослини. Із насінини повинен формуватися кущ, що складається із головного і двох-трьох бокових стебел з добре розвиненою вторинною кореневою системою. За такого розвитку кущ дає декілька продуктивних стебел, які розвиваються майже одночасно. Це найбільш здоровий і потужний тип куща, що стійкий до вилягання, хвороб тощо. Важливо не допустити утворення стебел другого і наступних порядків.
За даними С. Різничука, перші п’ять пагонів - головний, колеоптильний і три з бруньок перших трьох справжніх листків - утворюють колосся, яке за продуктивністю не поступається головному. Продуктивність колосся інших пагонів нижча.
Подібні результати А. Носатовський аргументує даними структури врожаю. При великій площі живлення перші 4-5 пагонів кущення майже не відрізняються ні за розміром соломи, ні за розміром колоса, кількістю колосків і зерен у колосі.
Є багато експериментальних даних, в яких доведено цінність не тільки бокових продуктивних пагонів. Так, С. Муравйов, В. Кумаков, J. Shananan та інші дослідники вважають, що бокові пагони, які навіть не утворюють зерна і є тимчасовими конкурентами у боротьбі за поживні речовини, світло і вологу, позитивно впливають на врожайність. Бокові пагони формують додаткову кореневу систему, яка після їх відмирання працює на рослину. За допомогою пагонів збільшується асиміляційний апарат, який нагромаджує більше пластичних речовин, що пізніше переміщуються у колосоносні стебла і підвищують їх продуктивність.
Так, за даними А.О.Крустинь, при наявності в одноколосової рослини одного безколосого підгону продуктивність збільшується удвічі, а при трьох-п’яти непродуктивних стеблах - утричі і більше рази.
Додаткові продуктивні стебла підвищують урожайність на 30-50%. На зріджених посівах частка бокових пагонів сягає до 60-70% урожаю зерна.
Багатостеблові рослини мають краще розвинену надземну масу і кореневу систему, стійкіші до несприятливих умов росту і здатні формувати вищу продуктивність порівняно зі слаборозвиненими одностебловими рослинами. Скидання окремих пагонів під час виходу в трубку у сильнорозкущених рослин нерівноцінне відмиранню цілої слаборозкущеної рослини при високій густоті стояння. Тому такі вчені, як В. Ремесло, В. Сайко, І. Фолтин, Ф. Куперман, А. Крустинь та ін. вважають, що кущистість позитивно впливає на врожайність озимої пшениці.
Розходження думок про значення кущення значною мірою базується на відмінностях методичного характеру. Роль кущення не могли правильно пояснити в тих працях, де маса головного стебла бралась за 100%, а маса наступних стебел вираховувалась у відсотках зниження до головного стебла. Потрібно обов’язково враховувати показники індивідуальної продуктивності рослини, масу зерна з головного колоса і середню продуктивність колоса, які підвищуються із ростом кущистості.
У багатьох дослідженнях у багатоколосих рослин середня маса зерна головного і бокових пагонів значно переважала масу зерна в колосах одностеблових рослин.
Так, за даними С. Муравйова, маса зерна головного колоса в одностеблової рослини становила 1,33 г, а в чотиристеблової зросла до 2,45 г. Бокові пагони мали масу зерна 1,78 г, але це більше, ніж маса головного стебла одностеблової рослини.
Foltyn J. також зазначає, що чим більше колосів на рослині, тим вища маса зерна у головного колоса.
У дослідженнях Г. Пикуша, Л. Демишева маса зерна з однієї рослини на фоні N90P60K60 у двостеблових рослин порівняно з одностебловими зростає на 84,8%; у тристеблових відповідно - на 158%; чотиристеблових - на 209%; п’ятистеблових - на 169% і шестистеблових - на 177%.
Технології з високими нормами висіву, навіть якщо й забезпечують запланований урожай, вимагають більших матеріальних витрат. Зростає норма висіву, а отже, й вартість насіння. Збільшується потреба у засобах захисту рослин. Виникають проблеми економічного та екологічного характеру. Тому в науковій літературі все частіше ведеться мова про помилковість такого напряму у технологіях.
Продуктивність колоса визначається довжиною колоса, кількістю колосків та зерен і масою зерна з одного колоса.
Довжина колоса найбільше залежить від сортових ознак. В одних сортів колос щільний, колоски в колосі розміщені близько один до одного. В інших колос нещільний, рихлий, між колосками є більші проміжки. Зрозуміло, що сорти з рихлим колосом будуть мати більшу довжину, але це ще не означає, що сорти з меншою довжиною колоса (щільні) мають нижчу продуктивність. Так, старі високорослі сорти в більшості випадків мали довший колос, але були менш врожайні порівняно з новими низькорослими інтенсивними сортами з колосом меншої довжини, але щільним. Тому про залежність урожайності зерна від довжини колоса правомірно вести мову у межах одного генотипу рослин.
Довжина колоса чи не найбільше змінюється під впливом метеорологічних умов, що складаються на час формування елементів колоса. Тривалість перебування рослин на ІІІ-ІV етапах, коли закладаються розміри колоса, за середніми багаторічними даними становить 24 дні (з 4.04 до 28.04). Чим більша тривалість періоду сегментації, тим більша довжина колоса і кількість колоскових горбочків. Найважливішими чинниками зовнішнього середовища є температура, інтенсивність освітлення і довжина дня. Нижча температура сповільнює ростові процеси, збільшує період закладання сегментів майбутніх члеників колосового стрижня. Колос стає довшим, а отже, зростає потенціал його зернової продуктивності.
Розсіяне освітлення у поєднанні з невисокими температурами (5-10°C) і доброю забезпеченістю рослин елементами живлення сприяє утворенню крупного колоса.
Урожайність зернових культур знаходиться у прямій залежності від числа колосків у колосі. Чим більше колосків у колосі, тим вищий урожай.
Однією з критичних фаз росту рослин вважається період, у якому встановлюється число колосків. Процес диференціації колосків у колосі пшениці проходить на ІV етапі органогенезу (Ф. Куперман) у період кінця кущіння-початку виходу рослин у трубку.
Розвиток колоса залежить від багатьох чинників. Насамперед це генетичні особливості сорту. Кожний сорт характеризується певною кількіс-тю колосків, одні сорти мають меншу їх кількість, інші - більшу.
Число колосків змінюється під впливом метеорологічних чинників. Більшість сортів пшениці розвиває максимальне число колосків при прохолодній погоді під час весняного кущення. Прохолодна погода збільшує тривалість етапів органогенезу і сприяє закладанню більшого числа елементів продуктивності, зокрема і кількості колосків. Найбільше число колосків (20-21 шт.) в колосі головного стебла закладалось при тривалості процесу сегментації 21-25 днів за середньодобової температури 6,0-9,5 °С.
Високі температури сприяють швидкому проходженню етапів, тому колосків закладається менше. Вони прискорюють ріст колоса, а також закладання і розвиток колосків. Збільшення температури повітря з 20°С до 30°С зменшує кількість колосків на 35% .
На число колосків у колосі впливає також забезпеченість вологою. Чим більша сума опадів, тим тривалішим буде проходження етапу органогенезу.
Число колосків у колосі зменшується у посушливі роки. При пізній сівбі колоски в основі колоса недостатньо розвинені через дефіцит вологи.
За несприятливих умов для розвитку конуса наростання, зокрема недостачі поживних речовин і вологи у грунті, сильному загущенні рослин, недостачі світла чи заповітряної посухи колоскові горбочки у верхній частині конуса наростання недорозвиваються і засихають. Це призводить до різкого зменшення розмірів колоса. Формування колосків у пшениці закінчується після закладання верхівкового колоска, що морфологічно відрізняється від інших колосків.
Умови середовища, що прискорюють швидкість формування колоса, колосків і квіток, одночасно зменшують число цих елементів, а умови, що продовжують цей процес, збільшують.
Число колосків у колосі передусім визначається тривалістю періоду їх закладання. Максимальна кількість закладається при збільшенні періоду від початку утворення колоскових горбочків до закладання верхівкового колоска. Це відбувається при підвищенні вологості повітря і грунту та збільшенні вмісту азоту в грунті з одночасним зниженням температури повітря.
Число колосків у пшениці є важливим компонентом продуктивності колоса. У сорті Українка А. Носатовський при ранньовесняній диференціації колоса зустрічав рослини, що мали 46 колосків у колосі.
За М. Савицьким, число колосків у колосі може змінюватись від 7 до 35. Кількість колосків він пов’язує з числом судинно-волокнистих пучків, оскільки анатомічні дослідження стебла пшениці вказують на наявність у них такої кількості судинно-волокнистих пучків, кожний з яких живить один колосок.
Моделюючи високопродуктивні сорти озимої пшениці, Л. Корчинський і А. Орлюк зазначають, що для одержання 90-110 ц/га зерна потрібно мати в одному колосі 21-23 колоски.
На думку І. Фолтин, екологічний максимум у середньо європейських сортів - 21 колосок у колосі. Ф. Куперман зазначає, що збільшення числа колосків у колосі від традиційних 19 до 25 може забезпечити приріст урожаю на 27-30%. Отже, число колосків у колосі прямо впливає на урожайність зерна озимої пшениці.
Частина колосків у процесі росту і розвитку відмирає, тому підраховують кількість нормально розвинених колосків з фази кінця кущення до кінця фази наливу зерна. Максимальне число колосків закладається на IV-V етапах. Скорочення числа закладених колосків починається у кінці VI і продовжується на VII етапі органогенезу.
За допомогою відповідних агрозаходів можна не тільки збільшити число колосків, а й зменшити їх редукцію. Так, як відмічає Ф. Куперман, тільки від правильно вибраної густоти стояння рослин з допомогою відповідної норми висіву і розміщення рядків з півночі на південь можна збільшити на 10-15% число колосків у колосі. Встановлено зменшення числа колосків у колосі пшениці на загущених посівах. Це зменшення пояснюється низькою інтенсивністю освітлення внаслідок взаємного затінення рослин.
Число колосків залежить від строків сівби. Ранні строки сівби сприяють формуванню більшої кількості колосків.
Чи не найбільший вплив на продуційний процес мають азотні добрива, оптимальні строки і норми їх внесення. Підживлення на ІІІ-ІV етапах органогенезу посилює формування елементів продуктивності колоса, сприяє закладанню та зберіганню колосків.