Вплив температур та вологості на розвиток соняшнику

Культурний соняшник належить до родини Asteracee L. виду Helianthus annuus L. та підвиду annuus. Рослини соняшнику мають підземну (первинні й вторинні корені) та надземну (стебло, листки, суцвіття, плід) частини.

 

Культурний соняшник — рослина висотою від 0,6 до 5 м, з прямостоячим негіллястим стеблом. Коренева система у соняшнику потужна, має головний стрижневий корінь, велику кількість вторинних бічних коренів і корінців. Складається вона з первинних (зародковий корінь з розгалуженнями) та вторинних (гіпокотільних) коренів. Первинний корінь починає утворюватись під час проростання насіння, а вторинні утворюються приблизно через два тижні після сходів.

 

Стрижневий корінь проникає у ґрунт на глибину 2–4 м і розгалужується в сторони на 100–120 см. Найбільше коренів утворюється в шарі ґрунту 0–70 см, окремі корені проникають на глибину 150–200 см. При наявності вологи і поживних речовин у глибоких горизонтах ґрунту стрижневий корінь і частина бічних проникає на глибину 2,0 м, а в окремих випадках — до 2,5 м.

 

Стебло соняшнику прямо­стояче, трав’янисте, не галузиться, вкрите жорсткими волосками, виповнене всередині губчастою серцевиною. Починаючи з фази утворення кошиків, стебло росте швидко. Висота стебла залежить від сорту й умов вирощування. В олійного соняшнику висота коливається від 0,8 до 2,6 м. Вузли нечітко виражені, однак у деяких випадках спостерігається характерна вузлуватість, зумовлена розростанням основи черешка листка. Стебло містить багато води, яка зберігається в ньому до кінця вегетації і сприяє наливанню насіння.

 

Листки соняшнику черешкові, великі, розміщені почергово. Вони вкриті короткими жорсткими волосками. Кількість листків на одній рослині залежить від сорту, тривалості вегетації і коливається у межах 20–36 шт. Листкам соняшнику властивий геліотропізм (повертається до сонця), що підвищує інтенсивність фотосинтезу. Сучасні гібриди утворюють в середньому 23–30 листків.

 

Суцвіття — багатоквітковий кошик. Кошик складається з дископодібного ложа і квіток. Кошик оточений зеленою обгорткою, яку становлять видозмінені листки. Їхньою функцією є захист зародків квіток, а пізніше і бутони від перепадів температури та механічних ушкоджень, створювати мікроклімат, здійснювати фотосинтез. Особливістю рослин соняшнику є здатність утворювати на спільному пласкому квітколожі квітки двох типів: язичкові, розташовані по краю кошика, та трубчаті — серединні. Язичкові квітки безстатеві, на верхівці мають віночок у формі тризубця, який являє собою одну велику пелюстку. Трубчасті квітки є двостатевими з приквітками, вони утворюють ячеїстість кошика і дають змогу сім’янкам триматися в їх гніздах. Цвітіння кошиків триває 7–10 діб. Спочатку розкриваються язичкові квітки, наступної доби починають цвісти трубчасті.

 

Плід соняшнику — сім’янка, яка складається зі шкірястого оплодня, який ще має назву лушпиння, з насіниною не зростається, і власне насінина — ядро. Ядро сім’янки обгорнуте тонкою оболонкою і складається з двох сім’ядолей, зародка і корінця. Хімічний склад сім’янок соняшнику та їх елементів значною мірою залежить від сортових особливостей, ґрунтово-кліматичних умов та агротехнічних заходів вирощування. До складу ядра сім’янки входять жири, білки, вуглеводи, фітин, дубильні речовини, фосфоліпіди, каротиноїди, органічні кислоти.

Тривалість вегетаційного періоду соняшнику залежить від сорту (гібрида) та умов вирощування. За тривалістю вегетаційного періоду сорти та гібриди в Україні поділяють на скоростиглі, які достигають за 80–100 діб, ранньостиглі — 100–120 діб, середньоранні — 110–130 діб та середньостиглі — 120–140 діб. Скоростиглі сорти і гібриди поступаються ранньостиглим і середньостиглим за урожайністю та олійністю. Сорти та гібриди кожної групи стиглості накопичують необхідну суму температур за період від початку сходів до дозрівання. На основі цього виділено 3 групи сортів і гібридів, які розрізняють за своєю скоростиглістю: середньоскоростиглі, які за період вегетації накопичують 1800 °C, середньостиглі — 2100 °C та середньопізньостиглі — 2400 °C.

 

Формування урожаю і його якості необхідно розглядати як процес, який відбувається на базі всіх етапів росту і розвитку і є завершальним моментом у розвитку організму. У своєму розвитку соняшник проходить поступальний ряд періодів і фаз розвитку, які характеризуються різними вимогами до умов зовнішнього середовища. Лімітуючим фактором отримання високих урожаїв у зоні нестійкого та недостатнього зволоження є дефіцит вологи. Високі урожаї соняшнику можна отримати при значних запасах вологи в ґрунті, які формуються в основному за рахунок осінньо-зимових опадів в кореневмісному шарі ґрунту.

 

Взагалі соняшник — посухостійка культура, може тривалий час витримувати ґрунтову і атмосферну посухи у молодому віці — до появи кошиків. Разом з тим, соняшник характеризується високим споживанням вологи на одиницю сухої речовини. Так, його транспіраційний коефіцієнт становить від 400 до 700.

 

Значний вплив на темпи розвитку рослин мають умови зволоження. У першу добу насіння соняшнику поглинає близько 37–46% вологи від своєї початкової ваги. У подальшому таке швидке поглинання вологи насінням зберігається за високої температури 20–22 °C, при 8–15 °C воно дещо знижується і сильно уповільнюється при 2–3 °C. Дружнє проростання насіння відбувається при 12–15 °C. Необхідно відмітити здатність сходів соняшнику витримувати весняні заморозки до –5–6 °C. Насіння соняшнику починає проростати за температури ґрунту 2–5 °C та його вологості 20–30%. Але при такій температурі цей процес відбувається повільно.

 

Також на урожайність і продуктивність рослин сильний вплив мають запаси ґрунтової вологи в період сівба-сходи. Тривалість періоду сівба-сходи значно залежить від температури повітря та вологості ґрунту. Зниження температури повітря до 8–10 °C подовжує період сівба-сходи. Для дружнього проростання насіння та росту корінців потрібна сума ефективних температур близько 112–120 °C. Ефективне використання тепла у фазі сходів залежить від вологості ґрунту: наявність в орному шарі продуктивної вологи 20 мм в період від сівби до сходів може забезпечити добрий розвиток рослин.

 

У фазі 4–5 пар справжніх листків відбувається активний ріст коріння, поступово з’являються нові листки. У суцвіттях починають закладатися квітки, утворюються зачатки репродуктивних органів. Достатня кількість світла та вологи сприяє збільшенню площі листкової поверхні, що позитивно впливає на хід процесу утворення органічної речовини у рослині. Вплив різної інтенсивності світла на ріст рослин неоднаковий. Соняшник найкраще росте при 100%-му денному освітленні, і навіть незначне його зменшення негативно позначається на накопиченні сухої маси, рості стебла та розмірі листків.

 

Період 4–5 пар справжніх листків-поява кошиків починається з утворення 4-ї пари листків і закінчується диференціацією конусу наростання. Цей період можна розподілити на два півперіоди: листоутворення та формування кошиків. Кількість листків визначається до моменту утворення кошиків, і до цього часу рослина утворює за площею близько половини усієї листкової поверхні. До появи кошиків рослини досягають приблизно 40–50% своєї висоти. Характерним для періоду 4–5 пар листків-поява кошиків є диференціація конусу наростання, утворення репродуктивних органів і підвищення вимог до освітлення та вологозабезпечення. У перші 2–3 тижні після появи сходів у суцвіттях починають закладатись квітки.

 

Першочергове значення мають запаси вологи, які створюються до моменту закладки суцвіть. До фази «поява кошиків» соняшник витрачає до 25% вологи, чверть того, що споживає за вегетацію. Дія високих температур повітря і низької вологості на процеси росту і розвитку при появі кошиків виражена в зменшенні кількості нормально розвинених листків, скороченні площі листків і ваги сухої наземної маси, що в подальшому знижує продуктивність рослин.

 

При появі кошиків у рослини вже є 9–10 пар справжніх листків. У цей час рослини соняшнику споживають вологу з шару ґрунту 0–60 см, що становить в середньому 30%. До моменту появи кошиків ріст коренів соняшнику зупиняється. Першочергове значення мають запаси вологи, які створюються до моменту закладання суцвіть. Фаза «поява кошиків» є початком періоду інтенсивного приросту вегетативної маси рослин.

 

Закінченням фази поява кошиків є такий стан квіткової бруньки, коли вона повністю відокремлюється від листків і її діаметр сягає 5–8 см, одна частина оцвітини розгорнута. У період «поява кошиків-цвітіння» відбувається посилене живлення рослин азотом, фосфором та калієм. Після утворення кошиків соняшник значно менше засвоює фосфор.

 

Наступною фазою є цвітіння. У цій фазі ріст стебла у висоту сповільнюється і в кінці цвітіння припиняється. При цвітінні рослини споживають вологу з шару ґрунту 140–200 см. Недостатня вологозабезпеченість негативно позначається на лінійному прирості і розвитку площі листкової поверхні, що, в свою чергу, позначається на продуктивності рослин. Опади, які випадають за період від появи кошиків до цвітіння, мають додаткове значення, дозволяють частково задовольнити потреби рослин у волозі та створити сприятливий тепловий і водний режим повітря.

 

При цвітінні рослини соняшнику надто чутливі до нестачі вологи та високої температури повітря. При дефіциті ґрунтової вологи формуються кошики меншого діаметру, затримується утворення нових квіток та різко знижується кількість добре виповнених, повноцінних сім’янок. Основним наслідком посухи є збільшення пустозерності насіння, що призводить до зниження урожаю. Окрім загальної нестачі вологозабезпечення рослин, значення мають висока температура і низька відносна вологість повітря. Температура повітря більше 30 °C під час цвітіння є причиною утворення стерильного пилку, що збільшує пустозерність. У той же час, похмура, прохолодна погода також є причиною утворення стерильного пилку. Найбільш оптимальною температурою для цвітіння рослин соняшнику є температура повітря 20–25 °C.

 

Більша кількість азоту і фосфору надходить в рослини соняшнику до цвітіння, а калій використовується протягом усього періоду вегетації. В рослинах фосфор нагромаджується до цвітіння в стеблах і листках, пізніше переміщується у кошики і в кінцевому результаті у сім’янки. Близько 60–70% від всієї потреби у фосфорі рослини поглинають у період формування кошика-завершення цвітіння.

 

Після запліднення починається складний процес формування і налив насіння. Формування насіння триває 35–38 діб, залежно від умов зволоження і температури повітря. У перші дні після запліднення відбувається швидкий ріст сім’янок, ядра і формування оболонок сім’янок — лушпиння. Ядро починає збільшуватись на 8–12-у добу. Накопичення сухої речовини у ядрі під час формування його об’єму проходить уповільнено. Прискорення накопичення починається після того, як сформується об’єм. Велике значення у проходженні цього процесу мають погодні умови, у посуху насіння формується інтенсивніше, проте в ньому нагромаджується менше сухої речовини. За сприятливих умов вирощування рослин формуються сім’янки більші за об’ємом. Несприятливі умови, які були вказані вище, зменшують період та інтенсивність росту сім’янок і ядра. Таким чином, для кращого наливу насіння рослини соняшнику потребують доброї забезпеченості вологою, особливо її ґрунтових запасів. При достатньому запасі вологи в ґрунті, особливо в глибоких шарах, процес наливу проходить інтенсивно, навіть за посушливої погоди. У цьому випадку формується насіння з більшою абсолютною вагою і високою натурою.

 

Соняшник не тільки синтезує, а й накопичує у вигляді запасних речовин у ядрах насіння значні кількості жиру, азотистих і фосфорних сполук, які змінюються залежно від місця й умов вирощування. Роз’яснення закономірностей накопичення цих складних біополімерів, залежно від особливостей сорту чи гібриду, добрив, ґрунтово-кліматичних та інших умов вирощування соняшнику являє не тільки теоретичний, але і великий практичний інтерес. Сучасні високоолійні гібриди соняшнику за сприятливих умов вирощування накопичують жиру до 65–68% в ядрі та 48–56% в сім’янці (в перерахуванні на абсолютно суху речовину).

 

Соняшникова олія — це вторинна органічна речовина, яка утворюється в рослині з вуглеводів, тобто цукрів, і представляє собою суміш гліцеридів жирних кислот, основним структурним компонентом яких є залишок гліцерину та жирні кислоти — одноосновні карбонові кислоти аліфатичного ряду, переважно з парним числом атомів вуглецю (С14-С24): ненасичених з 1–3 подвійними зв’язками — лінолевої (С18:2), олеїнової (С18:1), пальмітолеїнової (С16:1), ліноленової (С18:3) та насичених без подвійних зв’язків — пальмітинової (С16:0), стеаринової (С18:0). Синтез олії у соняшнику відбувається у ядрах сім’янок. Вміст жиру в інших органах рослини вкрай незначний і постійний.

 

Накопичення олії у ядрі починається з перших днів його формування, досягаючи максимуму, залежно від групи стиглості, до закінчення наливання або через 2–3 тижні. Цей процес продовжується до повного закінчення наливу, але в останні дні інтенсивність знижується. Накопичення олії проходить паралельно накопиченню сухої речовини у ядрі. Однак прямо функціональної залежності між цими процесами не відмічено.

 

На величині приросту олії позначається інтенсивність жироутворювального процесу. На початку наливу інтенсивність накопичення олії в ядрі невелика. У перші 6 діб лише близько 15% сухої речовини, що накопичується в ядрі, перетворюється в олію, у наступні — близько 32–40%. Ще через 6 діб і майже до кінця повного дозрівання жироутворювальний процес превалює над іншими процесами, які відбуваються в ядрі. У цей час більше 60% щодобового приросту сухої речовини переводиться в олію. Формування олійності закінчується при середній вологості насіння близько 30%.

 

Особливо помітний вплив на біосинтез і накопичення олії у насінні соняшнику мають атмосферні опади, температура повітря і рівень живлення окремими елементами протягом їх вегетації. Основні закономірності такі: зі збільшенням кількості атмосферних опадів і зниженням температури повітря у період цвітіння рослин, формування і наливання сім’янок підсилюються процеси накопичення жиру. У посушливих умовах спостерігається обернена закономірність, тобто олійність насіння знижується. Вплив посухи визначається одночасним впливом на рослини двох факторів — підвищених температур і супутній їм нестачі вологи. Найбільш сильний вплив на олійність мають погодні умови і запаси ґрунтової вологи в періоди появи кошиків-цвітіння.

 

Фосфор — це основний зольний елемент, який бере участь у синтезі олії і накопичується переважно у вигляді фітину — основного елементу запасної сполуки вищих рослин. Достатня кількість фосфору та калію підвищує посухостійкість рослин та олійність насіння. Одночасно з накопиченням олії соняшник здатний накопичувати і білок. У ядрі сім’янки міститься 21–47% загального білка. Температура повітря і атмосферні опади мають вплив на біосинтез і накопичення білків. По мірі дозрівання вміст білка в насінні соняшнику підвищується. Зі збільшенням кількості атмосферних опадів і зниженням температури повітря у період цвітіння рослин, формування і налив сім’янок пригнічуються процеси накопичення білків. У посушливих умовах білковість зростає.

 

Після фази наливу настає фаза дозрівання. У цей період накопичення сухої речовини не відбувається, йде процес висихання, випаровування надлишкової вологи з насіння. Висихання насіння дуже залежить від погодних умов цієї фази. За жаркої і сухої погоди період дозрівання є максимально скороченим, а при холодній і вологій — значно розтягнутий. Погодні умови та ґрунтова волога у період цвітіння-дозрівання значно впливають на олійність насіння. За період цвітіння-достигання соняшник витрачає до 15% загальних витрат води за вегетацію. При достатній кількості опадів під час дозрівання підвищується олійність насіння.

 

Таким чином, вегетаційний період соняшнику має декілька критичних періодів росту, під час яких рослини особливо гостро відчувають нестачу вологи: поява кошиків-цвітіння, налив та дозрівання. Збирання соняшнику необхідно розпочинати, коли в посіві залишається 10–15% рослин з жовтими кошиками, а інші мають жовто-бурі, бурі і сухі кошики. При цьому вологість насіння становить 12–14%. Стебло сухе, коричневого кольору, листки у більшості випадків відсохли.