Последние десятилетия оказались самыми тёплыми более чем за 140-летний период истории регулярных наблюдений за погодой. Потепление климата влечёт за собой необратимые экологические изменения, приводящие к серьёзным последствиям для обеспечения безопасного продуктивного процесса выращивания сельскохозяйственных растений. Вегетационный период роста и развития озимых сельскохозяйственных культур включает тёплые и холодные сезоны, что в свою очередь предполагает влияние современных изменений комплекса абиотических факторов на продуктивность в течение всего года.
Климат относится не только к экологическим факторам, он также имеет прямую устойчивую связь с экономикой и социальными отраслями. В настоящее время научная проблема климатических рисков вышла на уровень глобальных проблем XXI века. Различные исследования в этом направлении с каждым годом приобретают все больший масштаб. Однако, как показывает практика, исследования зачастую носят противоречивый характер. В связи с этим одним из приоритетных направлений аграрной науки является исследование на определение качественной и количественной оценки влияния климата на объект и процессы агроландшафта. Основной производственной проблемой для озимых зерновых культур является вопрос успешной перезимовки. Одним из условий для этого является накопление защитных питательных веществ в осенней период, где характер погодных условий, сочетание метеорологических факторов имеет исключительно важное значение.
В условиях неустойчивого зимнего периода на фоне наблюдаемых глобальных климатических изменений достаточно сложно спрогнозировать, какой режим температуры, осадков будет в ожидаемый сезон – необходимы специализированные методы, позволяющие оценить условия, которые складываются в процессе перезимовки культур.
По данным Всемирной метеорологической организации период 2015-2020 годы был самым тёплым шестилетием, а с 2011 по 2020 годы – самым тёплым десятилетием за всю историю наблюдений. Начиная с 80-х годов каждое последующее десятилетие было теплее, чем любое предыдущее после 1850 года.
Исследования, связанные с погодно-климатическими факторами и изменением климата указывают на возрастание значимости гидрометеорологических факторов в устойчивом развитии сельскохозяйственного производства. Ожидается, что Россия в ближайшие десятилетия станет одним из ведущих экспортёров на мировом рынке зерна, обеспечивая существенный вклад в удовлетворение ожидаемого спроса на зерно. На территории нашей страны вследствие наблюдающегося потепления возможно изменение частоты или интенсивности экстремальных явлений погоды: наводнения, ураганы. Уже сейчас на большей части европейской территории страны наблюдается увеличение числа суток с аномально большим количеством осадков зимой и их уменьшением летом. Также наблюдается увеличение засушливости в большей части сельскохозяйственных регионов, в частности, в основных регионах производства зерновых.
В последнее время тренды среднегодовых и сезонных температур уже оказали негативное влияние на валовой сбор урожая в мире. Наблюдаемые в настоящее время изменения климата на территории России, связанные с глобальным потеплением, продолжают вызывать изменения гидрологических особенностей, расширение границы ареала опасных вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур, что приводит к экономическим рискам на фоне значительного снижения урожая сельхозкультур.
Не меньший вред урожаю причиняет наблюдаемая смена пищевых предпочтений у отдельных представителей фитофагов, которые с дикорастущих видов растений переходят на питание сельскохозяйственными культурами. В этих условиях важной задачей является получение обоснованных оценок и изменений агроклиматических условий, а также продуктивности сельскохозяйственных культур.
Период засушливости на преобладающей части земледельческой зоны растёт во все сезоны за исключением весны. Положительная тенденция к росту весенних осадков наблюдается практически на всей территории земледельческой зоны России. Тренды летних осадков отрицательные на европейской территории страны в частности в Центральном, Приволжском, Южном федеральном округе. Исключение составляют Северо-Западный Федеральный Округ, где наблюдается тенденция к росту осадков в летний период. На азиатской части, в Уральском, Сибирском и Дальневосточном Федеральном Округе, в целом тенденция роста уровня увлажнённости территории положительная. Но это не исключает того факта, что в столь обширном регионе имеются области с тенденцией к росту повторяющихся засух и засушливых явлений.
Как показывает оценка, растет число дней вегетационного периода с запасом влаги в пахотном слое почвы менее 10 мм, что означает увеличение риска такого опасного явления, как почвенная засуха на посевах сельскохозяйственных культур. Эти оценки подтверждают вывод о росте степени засушливости на территории основных сельскохозяйственных областей.
Проблема перезимовки занимает особое место в исследованиях озимых зерновых культур. Уже давно установлено, что их урожайность сильно зависит от перезимовки растений. В зимний и ранне-весенний период озимые культуры испытывают комплекс воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, что зачастую приводит к изреженности и даже полной гибели посевов. К примеру, начиная с 1947 года по 2003 год гибель озимых отмечалась 35 раз. Причем наибольшая гибель была зафиксирована именно в 2003 году, когда погибло более 80% посевов. Перезимовка озимых культур ниже 30% считается очень низкой, от 50 до 70% — средней, от 70 до 90% — высокой, более 90% — очень высокой.
По данным Министерства сельского хозяйства РФ, в 2016 году в ЮФО состояние озимых зерновых после перезимовки оценивалось как хорошее на 55% засеянных площадей, 40% находииось в удовлетворительном состоянии, 5% в плохом. В Центрально-Черноземных регионах состояние озимых в тот период на 40% площадей было хорошим, 50% посевов находилось в удовлетворительном состоянии и 10% в неудовлетворительном. В Волго-Вятском и Поволжском регионах состояние посевов озимых зерновых культур проходил в неблагоприятных условиях в 2015 году. По данным сельхозпроизводителей, только 20% посевов характеризовалось хорошим состоянием, 70% в удовлетворительном и 10% в неудовлетворительном. В отдельных областях Поволжья 20% посевов озимых находилось в неудовлетворительном состоянии. Таким образом, существенная доля посевов озимых зерновых культур в России перезимовывает удовлетворительно и неудовлетворительно. Уровень перезимовки растений зависит от ряда факторов, в том числе метеорологических условий, сложившихся в зимний период в том или ином регионе.
Как известно, на перезимовку культур влияет три ключевых группы факторов:
Основными физиологическими причинами повреждения и гибели растений в зимний период являются вымерзание, выпревание, повреждение ледяной коркой, вымокание и выдувание растений.
Гибель озимых редко происходит в результате воздействия только одной из приведенных причин. Часто этот процесс появляется в результате комплексного воздействия на растения сразу нескольких неблагоприятных агрометеорологических условий. Озимые культуры могут вымерзать при отсутствии либо недостаточном количестве снега. В результате чего при сильном морозе растения повреждаются и могут погибнуть.
Критическая температура вымерзания злаковых культур во многом зависит от степени кущения всходов. Нормой кущения для озимых зерновых считается от 3 до 5 побегов на растение. Следует помнить, что критическая температура вымерзания для ослабленных и переросших растений должна быть ниже по абсолютной величине на 1-3оС.
Под влиянием длительных морозов в клетках растений и в межклеточном пространстве образуется лед. Цитоплазма обезвоживается, белок денатурируется. Если наличие льда в межклеточном пространстве переносится озимыми без особого вреда, то образование льда внутри клеток – губительно для растений. Вышедшие из-под снега вымерзшие растения вначале имеют зеленую окраску, однако после оттаивания – желтеют. Замерзание обычно происходит в суровые и малоснежные зимы, на возвышенностях, с которых сдувается снег, на переувлажненных с осени суглинистых почвах. С приближением весны морозостойкость озимых снижается. В начале зимы они могут выдерживать более низкие температуры, чем в весенний период. Весной, особенно после отрастания, резкое колебание температуры, особенно падающей до -10оС могут оказаться губительными для посевов.
Процесс вымерзания у озимых растений выглядит следующим образом: если после оттепели резко ударит сильный мороз, то происходит обезвоживание протоплазмы, а в межклеточных пространствах замерзает свободная вода с образованием кристалликов льда, которые разрушают ткани ростков изнутри.
Что делать?
Для борьбы с вымерзанием следует сеять зимостойкие сорта, приспособленные к условиям области, организовать снегозадержание на полях, сохранять лесозащитные полосы.
В ряде районов нашей страны, особенно на юго-востоке, в центрально-черноземной зоне и в южной части нечерноземной зоны гибель либо повреждение озимых культур часто происходят от ледяной корки. Ее образование на поверхности почвы нарушает воздухообмен у озимых культур и приводит к механическому повреждению растений. Как правило, она образуется при резких колебаниях температуры окружающей среды, недостаточном снежном покрове и однократному оттаиванию и замерзанию на поверхности почвы талой воды.
Причины гибели растений под ней различны и зависят от ее положения. Наибольший вред растениям наносит ледяная корка толщиной более 3 см, которая больше месяца лежит на полях и наносит растениям механические повреждения.
Корка на поверхности снежного покрова снижает газообмен, препятствует проникновению воздуха к растениям. В связи с этим такая ледяная корка в марте — апреле, когда у растений усиливается процесс обмена веществ, ведет к ослаблению растений и вызывает их частичную гибель.
Притертая ледяная корка опасна при отсутствии снежного покрова, так как лед хорошо проводит холод и растения повреждаются низкими температурами. Кроме того, весной притертая ледяная корка быстро тает, поверхность почвы обнажается и начинается транспирация влаги из растений. Однако корни, находясь в промерзлом слое почвы не снабжают растения влагой, поэтому они и гибнут в результате их физиологической сухости. Образование в снежном покрове ледяной корки, когда ее распространение на полях совпадает с сильными морозами, повреждение озимых бывают значительными. Притертая ледяная корка может привести к выпиранию растений, обрыву корневой системы, механическому повреждению узлов кущения.
Ледяная корка, образовавшаяся после оттепели на поверхности снега, обычно не причиняет вреда озимым.
Опасна притертая ледяная корка, появляющаяся в конце зимы, когда устойчивость озимых резко снижается. Меньший вред наносит корка, находящаяся на поверхности промёрзшей почвы, но не захватывающая узлы кущения растений.
Если почва талая, вода подо льдом впитывается и между образовавшейся коркой и почвой остается свободное пространство. Однако с наступлением оттепели жизнедеятельность растений под коркой усиливается, отчего возрастает опасность их повреждения, выпревания и вымокания.
При образовании висящей ледяной корки целесообразно разрушать сплошь либо полосами для охлаждения почвы. В борьбе с притертыми ледяными корками применяют снегозадержание и сточные борозды. В конце зимы при ускорении таяния притертой корки поверхность земли посыпают золой, калийной солью либо торфяной крошкой.
На отдельных участках может наблюдаться выпирание растений под влиянием оседания почвы либо образование ячеистых льдов под ее поверхностью. При этом происходит вытеснение узлов кущения на поверхность почвы, а также разрыв корневой системы.
Подвержены выпиранию наиболее слабые и плохо укоренившиеся растения. Процесс выпирания чаще всего происходит ранней весной, когда почва периодически замерзает ночью и оттаивает днем.
Как правило, выпирание происходит на тяжёлых бесструктурных взрыхленных и не осевших почвах. Выпиранию подвержены растения с неглубоким размещением узла кущения, а также недоразвитые растения, имеющие только зародышевые корни. Выпирание особенно вредно при последующих сильных морозах, без снежного покрова.
Из мер борьбы с этим негативным явлением хорошие результаты обеспечивает посев семян на оптимальную глубину, по осевшей почве.
Не менее важны:
Своевременное весеннее прикатывание посевов кольчатыми либо зубчатыми катками дает возможность прижать обнаженные узлы кущения при еще влажной почве.
Бороновать такие посевы нельзя.
На нечерноземной зоне России озимые посевы чаще всего погибают от выпревания. Оно встречается главным образом в районах с тяжёлыми суглинистыми почвами, плохой водонепроницаемостью, где продолжительное время (4-5 месяцев) сохраняется высокий снежный покров при температуре почвы около нуля градусов, что приводит к выходу растений и состояния покоя, повышению интенсивности дыхания и расходованию питательных веществ. Отсутствие света под снегом при температуре около 0оС и высокой влажности (когда фотосинтез отсутствует, а процесс дыхания идет достаточно интенсивно) растение постепенно расходует сахара. Их содержание в тканях уменьшается до 22%.
Также растения могут пострадать под высоким снежным покровом, когда температура воздуха находится в пределах 0оС, а сами растения продолжительное время (примерно в течение месяца и более) находятся под снегом.
Выпреванию растений способствует:
Гибель растений от выпревания в нечернозёмной зоне России наступает через 90-100 дней при температуре на глубине узла кущения около 0оС. Острее проходит процесс выпревания, если многоснежной зиме предшествует теплая сырая осень – растения в таком случае не успевают перейти в состояние покоя.
Экономический порог вредоносности болезнями выпревания, такими как снежная плесень, склеротиниоз, составляет 20% поражённых растений. Озимая рожь лучше переносит неблагоприятные условия выпревания в сравнении с озимой пшеницей. Так как при нулевой температуре озимая рожь остается в состоянии покоя, а у пшеницы при этой температуре возобновляются ростовые процессы. Следовательно, она скорее теряет запас питательных веществ. Однако глубина покоя зависит от сортовых особенностей и условий, для которых данные сорта выведены.
В северо-восточной части нечернозёмной зоны гибель озимых чаще связана с выпреванием, обусловленным глубоким снежным покровом и развитию снежной плесени, склеротиниоза. В целом за зимний период мощность снежного покрова в том же Пермском крае превышает среднюю гарантированную высоту, необходимую для защиты озимых культур от вымерзания. Поэтому в данных регионах озимые больше страдают от выпревания, нежели от низких температур. В частности, пораженность посевов выпреванием весной 2008 года составила 80%, в 2012 году – 100%.
При этом перезимовка в данном случае составляла 14 и 5% соответственно.
К примеру, осенью 2011 года чрезмерно обильное количество осадков в сентябре — октябре привело к сильному переувлажнению почвы, что спровоцировало появление склеротиниоза.
Выпревание также происходит, если на посевах озимых образуется прозрачная ледяная корка, под которой повышается температура. В этих условиях под влиянием света растения также возобновляют свою жизнедеятельность. При этом озимые более интенсивно расходуют запас питательных веществ, поскольку продолжается процесс вегетации, и к наступлению весны значительно источают свои ресурсы. Происходит ослабление иммунной системы растений. Отсутствие света приостанавливает фотосинтез, озимые истощаются. Отсутствие света приводит к чрезмерному расходу растениями углерода, затем происходит распад белков. Обессиленные всходы подвержены различным инфекциям и болезням, могут погибнуть при выходе из-под снега. Для противодействия выпревания следует избегать ранних и загущенных посевов, а также избыточного внесения азотных удобрений.
При выпадении раннего снега на ещё не замёрзшую почву целесообразно проводить уплотнение снежного покрова с помощью катков, мульчирование лежащего снега материалами с тёмной окраской. При чрезмерной толщине снежного покрова в конце зимы таяние оледеневшего снега ускоряют путем рыхления, разбрасывания золы, внесения минеральных удобрений.
В районах, где озимые посевы повреждаются выпреванием при не выровненном рельефе в низинных местах наблюдается вымокание растений вследствие застоя воды при таянии снега во время оттепели либо ранней весной при температуре 0оС.
Пятьдесят процентов всходов, находящихся в воде более 20 дней, погибают. Если переувлажнение продолжается более 30 дней, то озимые посевы погибают полностью. Следует также знать, что при повышении температуры воды гибель посевов значительно ускоряется: так рост температуры воды на 5оС приводит к гибели всех растений через 25 дней.
Вымокание растений отмечается не только в низменных зонах, но и на суглинистых, слабопроницаемых почвах, где ранней весной скапливается вода. Застой воды вызывает гибель озимых вследствие нарушения их дыхания, также отмечается повышение расхода сахаров для поддержания жизни в аэробных условиях. Листья растения через 10 дней желтеют, а через 15 дней полностью обесцвечиваются и гибнут.
Возвратные заморозки в весенний период снижают степень закалки и морозостойкость растений, также на фоне переменной погоды растение ослабевает и подвергается инфицированию и истощению.
Что делать?
В осенний период необходимо применять меры для отвода с полей избыточной воды с помощью сточных борозд, вертикального дренажа. Предпочтительно высевать устойчивые к вымоканию сорта.
При выпревании и вымокании ослабленное растение сильно поражается снежной плесенью, склеротиниозом. Поэтому обязательным фактором защиты является протравливание семян препаратами перед посевом. Для повышения устойчивости к заморозкам слабоустойчивых видов и сортов озимых необходимо:
Одним из условий плохой перезимовки является недостаток влаги в весенний период. Весенняя засуха может привести к уменьшению количества боковых побегов в период массового кущения злаковых культур.
Обычно засушливая весна сопровождается сильными ветрами и низкой относительной влажностью воздуха, что вызывает осушение верхнего слоя почвы. В результате в период кущения всходов снижается количество образования боковых побегов.
Для озимых зерновых культур весенняя засуха является наиболее опасной. Чтобы противостоять ей, необходимо применять ряд мелиоративных и агротехнических мероприятий, среди которых наиболее эффективными являются глубокое рыхление почвы.
Для уменьшения испарения влаги в весенний период следует не допускать образования почвенной корки. Хорошую защиту создает сев устойчивых к засухе сортов озимых зерновых. Из мелиоративных мер борьбы с весенней засухой важное значение имеет сохранение и расширение лесных массивов, расположенных рядом с сельхозугодьями. Основным средством защиты от весенней засухи являются мероприятия по задержанию снега на полях.
Рассмотрим основные показатели при оценке состояния посевов озимой пшеницы
Вегетация озимой пшеницы в силу своей продолжительности проходит через несколько критических для роста периодов. Первый такой период приходится на посевы и всходы, когда в случае недостатка влаги всходы могут быть изреженными.
Второй критический период связан с условиями перезимовки растений, когда вероятность вымерзания, вымокания, выпревания достаточно высокая. Следует отметить, что экстремальные ситуации создаются и в такие важные периоды, как выход в трубку, колошение, цветение, восковая спелость.
В связи с этим осенние, зимние, весенние обследования посевов необходимо проводить для эффективной оценки состояния растений.
При возникновении экстремальных явлений на посевах озимых культур проводится дополнительное обследование. При обследовании необходимо учитывать семь основных показателей:
Посевы по результатам обследования делятся на следующие группы:
Основная цель обследования посевов озимой пшеницы является своевременное определение необходимости проведения любых мероприятий на каждом поле, вплоть до подсева либо пересева культур.
Поля должны обследоваться не менее одного раза в 2 недели и после каждого случая экстремальных погодных явлений. Озимая пшеница по сравнению с яровой обладает более мощной корневой системой, хорошо использует весеннюю влагу, быстро развивает вторичные корни.
Корневая система озимой пшеницы способна использовать влагу нижележащих горизонтов почвы. Однако все преимущества озимых посевов могут быть реализованы лишь тогда, когда они успешно перезимуют и для них будут созданы благоприятные условия для последующего весенне-летнего развития.
Следует учитывать, что озимая пшеница предъявляет высокие требования к агротехнике. Одним из условий получения высоких урожаев является внесение органических и минеральных удобрений. При этом не менее важную роль играют сорта озимой пшеницы. Для посева необходимо использовать элитные семена и адаптированные сорта, которые полностью приспособлены к местным условиям произрастания, то есть районированные.
Первичный этап вегетации любой культуры определяется периодом «посев-полные всходы». Существенное влияние на полноту и скорость появления всходов оказывает допосевной период. В качестве основных показателей для характеристики допосевного периода можно использовать количество осадков, выпавших за 2 декады до посева, гидротермический коэффициент, дата перехода среднесуточной температуры через 15°С и запасы продуктивной влаги в почве на дату посева.
Следует отметить, что гидротермические показатели определяют не только полноту всходов, но и продолжительность самой фазы всходов. По многолетним данным этот период составляет 7 дней, а может варьироваться от 5 до 20 дней в зависимости от гидротермических показателей.
В связи с этим в условиях производства при растянутости сроков появления всходов необходимо осуществлять контроль за жизнеспособностью семян и при отрицательных результатах решать вопросы о пересеве участков.
Гибель растений в весенний период может быть связана как непосредственно с вымерзанием, так и с целым комплексом усугубляющих факторов: ледяная корка, выпревание, вымокание. К числу показателей, характеризующих условия перезимовки, следует отнести:
Безусловно морозоустойчивость растений это сложное свойство, которое зависит от генетических особенностей сорта и самой культуры, фазы развития растений, степени их закалки к моменту воздействия низких температур.
Озимая пшеница может переносить более сильные морозы, чем озимый ячмень. Самые высокие показатели морозоустойчивости у озимых злаковых развиваются в фазу полного кущения при высокой степени закалки. А самая низкая степень развивается в фазу одного-двух листьев, когда молодые растения переходят с одного типа питания на другое, то есть заканчивают питаться эндоспермой семени и начинают питаться с помощью фотосинтеза и корневой системы.
В настоящее время разработано несколько методов контроля за состоянием посевов озимых культур в зимний период. Выбор метода контроля и обследования зависит от состояния и фазы развития растения, а также сроков проведения контроля.
Обследование растений озимой пшеницы зимой можно проводить несколькими методами: отращиванием узла кущения, методом окрашивания тканей, отращивания монолитов, отращивания растений в воде.
С практической точки зрения сроки возобновления весенней вегетации могут служить для ориентации в отношении основных мероприятий по уходу за посевами весной. В начальный период роста и развития, кроме прогнозирования возможных развитий болезни, они могут быть использованы и для выбора более рационального срока и способа подкормки ослабевших после перезимовки посевов. Так, например, при очень раннем возобновлении весенней вегетации нецелесообразно выносить разовую дозу азотных удобрений, лучше выбрать дробный способ внесения. При позднем возобновлении вегетации целесообразно использовать разовую повышенную дозу азота. Критериями оценки посевов для определения целесообразности «ремонта» должны быть:
К изреженным посевам озимой пшеницы относятся посевы с густотой стояния растений 100-150 штук на 1м2 (данные среднемноголетних сроков возобновления вегетации). При наличии 150 штук на 1м2 хорошо раскустившихся или 200 штук на 1м2 слабо раскустившихся растений, либо более 250 штук на 1м2 раскустившихся растений озимую культуру можно оставлять без подсева. При показателях в 100 до 200 растений на 1м2 и запасе продуктивной влаги в метровом слое более 100 мм, раннем сроке возобновления вегетации рекомендуется провести подсев яровым ячменём либо яровой пшеницей в половину нормы поперек основного сева.
При сильном повреждении посевов хлебной жужелицей целесообразно провести подсев такими культурами, как горох либо горчица, которые не повреждаются вредителем и при уборке легко отделяются от зерна. При меньшем количестве растений на один квадратный метр необходим пересев предварительно обработкой почвы на глубину заделки семян, не допуская разрыва между обработкой и посевом. При существенных объёмах ремонта пересев выполняется поздними яровыми культурами.