UniversityAgro.ru » Растениеводство » Зерновые культуры

Зерновые культуры

Зерновые культуры — группа сельскохозяйственных культурных растений, включающих семейства Мятликовые (Роасеае), или Злаковые (Gramineae), а также гречиху семейства Гречишные (Polygonaceae). К зерновым культурам относятся:

Зерновые культуры подразделяются на:

  • I группу — культуры северного происхождения с длинным днем в летний период: пшеница, рожь, тритикале, ячмень и овес;
  • II группу — культуры южного происхождения с коротким днем в летний период: кукуруза, просо, сорго, гречиха и рис, иногда также относят чумизу (итальянское просо), пайзу (японское просо), африканское просо.

Среди культур I группы различают яровые, озимые разновидности и двуручки, II группы — только яровые.

Озимые — хлеба, которые для прохождения стадии яровизации в начальной стадии развития требуют небольших температур от -1 до +10 °С на протяжении 20-60 дней. Их высевают осенью, за 50-60 дней до наступления устойчивых морозов, урожай получают в следующем году. При посеве весной они чаще всего кустятся и не образуют стебля и колоса.

Яровые хлеба для прохождения стадии яровизации требуют более высоких температур от +5 до 20 °С на протяжении 7-20 дней. Высевают весной и урожай собирают в том же году.

Двуручки проходят стадию яровизации при температуре +3-15 °С. Для южных районах выведены сорта, которые хорошо растут и развиваются и дают урожай как при весеннем, так и при осеннем посевах.

Классификация хлебов на озимые, яровые и двуручки относительно, однако в практическом отношении имеет большое значение, так как позволяет распределить интенсивность работ в весенний период и во время уборки.

«… существуют вопросы, которые всегда возбуждают живой интерес, на которые не существует моды. Таков вопрос о хлебе.»

К.А. Тимирязев

Хозяйственное значение

Зерновые культуры являются продовольственной основой в мире, на их долю приходится примерно половина всех посевных площадей мирового земледелия. По своему продовольственному значению их можно выстроить в последовательности: пшеница, рис, кукуруза, просо, сорго, ячмень, овес, рожь.

Из 15 основных культур, используемых в пищу, половина приходится на зерновые.

В конце XX в. посевная площадь зерновых культур в мире составляла около 700 млн га, то есть 70% всей посевной площади, валовой сбор — 2100 млн т, средняя урожайность — 3,0 т/га. В 2001—2005 гг. в России посевная площадь зерновых культур составляла 43,7 млн га; валовой сбор — 78,1 млн т, средняя урожайность — 1,9 т/га.

Зерно представляет ценность как продукт питания для человека, корм для сельскохозяйственных животных и сырье для перерабатывающей промышленности. Для сравнения, на производство единицы энергии, содержащемся в мясе, необходимо в 6-7 раз больше сельскохозяйственных угодий, чем для производства такого же количества энергии в зерновых продуктах. Отруби, в виде зеленой массы, силоса, сена, сенажа и отходы переработки зерна, полова и солома применяются в качестве корма в животноводстве. Солома применяется в виде органического удобрения и подстилки скоту, для производства бумаги. Зерно применяется в мукомольной, хлебопекарной, пищевой и других отраслях промышленности.

Благодаря своему генетическому разнообразию и широкой пластичностью к разным почвенно-климатическим условиям, зерновые культуры выращиваются в самых разных географических местах. Современные продуктивные сорта сохранили способность реагировать на факторы интенсификации земледелия: удобрения, обработку почвы, орошение. Зерновые характеризуются высоки коэффициентом размножения, равным 1 : 20 при относительно небольшой требовательности к технологии возделывания.

На протяжении многих лет валовой сбор зерна в СССР повышался в основном за счет расширения посевных площадей. В 1940 г. посевная площадь под зерновыми культурами составляла 110,7 млн. га, тогда как в 1984 г. — 119,6 млн. га. Увеличение посевных площадей происходил почти во все годы с 1940 по 1984 гг., но особенно в 1954—1958 гг. в период освоения целинных и залежных земель. Расширились посевы зерновых и в результате сокращения площади чистых паров.

В этот же период увеличились посевные площади озимой и яровой пшеницы, прежде всего высокоурожайных интенсивных сортов, ячменя, риса и зернобобовых культур. При этом несколько сократились посевы озимой ржи, кукурузы, овса, проса и гречихи.

Таблица. Посевные площади зерновых культур в СССР (млн га)1

Культура
1940 г.
1965 г.
1970 г.
1975 г.
1980 г.
Зерновые
110,7
128,0
119,3
127,9
126,6
В том числе:
- пшеница озимая
14,3
19,8
18,5
19,6
22,6
- пшеница яровая
26,0
50,4
46,7
42,4
38,9
- рожь озимая
23,1
16,0
10,0
8,0
8,6
- кукуруза на зерно
3,7
3,2
3,4
2,6
3,0
- ячмень
11,3
19,7
21,3
32,5
31,6
- овес
20,2
6,6
9,2
12,1
11,8
- просо
6,0
3,3
2,7
2,8
2,9
- гречиха
2,0
1,8
1,9
1,5
1,7
- рис
0,2
0,2
0,4
0,5
0,7
- зернобобовые
3,2
6,8
5,1
5,7
4,7
Вся посевная площадь
150,6
209,1
206,7
217,7
217,3

С 1940 по 1976—1980 гг. урожайность зерновых в СССР возросла с 8,6 до 16,0 ц/ra. Повышение урожайности было отмечено по всем зерновым культурам, за исключением гречихи.

Валовый сбор в среднем за 1976-1980 гг. и 1986-1990 гг. составил 106,0 и 104,3 млн т соответственно. В 1992 г. он составлял 106,9 млн т, при посевной площади 61,9 млн га. Однако реформы, начатые в России в 1991 г., привели к резкому снижению производства зерна. В среднем в 1994-1998 гг валовой сбор составил 70 млн т, в 1998 г. менее 48 млн т. 

Преимуществом зерновых культур является их способность храниться от уборки к уборке, что позволяет создать запасы зерна на несколько лет. Зерно удобно для транспортировке, а способы переработки относительно просты.

Основным направлением развития зернового хозяйства в наше время является увеличение урожайности при ограниченной возможности расширения посевных площадей. 

Таблица. Урожайность зерновых культур (ц/га)2

Культура
1940 г.
В среднем за год
1951-1955
1956-1960
1961-1965
1966-1970
1971-1975
1976-1980
Зерновые
8,6
8,0
10,1
10,2
13,7
14,7
16,0
Пшеница озимая
10,1
10,8
13,1
15,0
19,6
22,4
24,3
Рожь озимая
9,1
7,8
8,1
9,3
11,3
13,5
14,1
Пшеница яровая
6,6
7,2
8,0
8,2
11,1
10,9
12,2
Ячмень
10,6
9,0
11,6
11,1
14,8
15,4
16,1
Овес
8,3
7,2
8,2
8,3
13,7
13,5
14,2
Кукуруза на зерно
13,8
13,0
17,6
22,8
27,0
28,1
32,2
Просо
7,4
4,9
6,7
7,0
8,0
9,0
7,3
Рис
17,3
15,7
19,3
24,0
33,0
38,5
39,3
Гречиха
6,4
3,5
3,9
4,2
6,6
5,7
5,7
Зернобобовые
6,9
5,9
7,5
8,4
11,6
12,7
13,7

Ботаническое описание

Корневая система

Корневая система мочковатая. При прорастании семени образуются первичные (зародышевые) корни. У хлебов I группы их количество составляет до 3-8 штук, для II группы — 1. Например, у озимой пшеницы — 3, яровой пшеницы — 5, ржи — 4, овса — 3-4, ячменя — 5-8. Зародышевые корни функционируют на протяжении всей жизни растений, их значение возрастает в условиях засухи.

Вторичные (узловые, придаточные) корни формируются через 12—18 дней после появления всходов из подземных стеблевых узлов. Для их быстрого роста и развития имеет значение оптимальная влажность почвы, при пересыхании верхнего слоя почвы их рост сильно замедлен или полностью приостанавливается. Хороший урожай зерновых культур возможен только при хорошо развитых узловых корнях.

Вторичные корни имеют большое значение для растений. Так, при развитии яровой пшеницы только с первичными корнями урожайность составляет 65% от урожая растений с развитыми первичной и вторичной корневыми системами.

У высокорослых зерновых культур, таких как кукуруза и сорго, могут формироваться опорные (воздушные) корни из стеблевых узлов, расположенных близко к поверхности почвы. Они способствуют устойчивости растений к полеганию, участвуют в снабжении питательными веществами.

Глубина проникновения корневой системы у зерновых культур может доходить до 150— 200 см, однако основная масса (75— 90%) расположена в пахотном слое почвы (0—30 см). В общей массе сухого вещества на долю корней приходится около 20— 25%. Наиболее мощной корневой системой отличаются кукуруза, озимые пшеница и рожь.

Строение корневой системы и характер ее развития определяются видом растения и сортом. Наиболее мощной корневой системой обладают озимая рожь, овес и кукуруза. В корнях происходит не только поглощение воды и растворенных в ней питательных веществ, но также образование органических веществ, например, фосфорорганических соединений, аминокислот, амидов, алкалоидов.

Стебель

Стебель зерновых культур представлен соломиной цилиндрической формы, полой или заполненной паренхимой (сорго, кукуруза). Чаще она состоит из 5—7 междоузлий, разделенных специальными перегородками — узлами, у кукурузы и сорго — 8-16. У длинностебельных сортов кукурузы число междоузлий может доходить до 25. Их число соответствует количеству листьев.

Рост стебля принято называть вставочным, или интеркалярным, так как он происходит за счет удлинения всех междоузлий. Причем каждое новое междоузлие растет быстрее предыдущего. Верхнее междоузлие намного длиннее нижнего, достигает максимальной длины во время цветения. Имеет вид S-образной кривой роста, при которой в начале и в конце вегетации темпы его более медленные, а в средине, в фазах выход в трубку, колошение и цветение, — интенсивные.

Устойчивость к полеганию зависит от толщины и прочности междоузлий. Стебель имеет максимальную толщину в средней части, наименьшую в верхней. Его прочность зависит от состава механической ткани. Он обладает способностью формировать боковые побеги из подземных стеблевых узлов.

При образовании из подземных узлов стебля вторичных корней и боковых побегов, начинается фаза кущения зерновых культур.

Лист

Лист зерновых культур линейный, состоит из листового влагалища и листовой пластинки, в месте их соединении находятся язычок — ligula — тонкая бесцветная пленка и ушки, что относится к систематическим признакам при определении зерновых первой группы. Язычок плотно прилегает к стеблю и не позволяет воде проникать внутрь листового влагалища.

В основании листового влагалища с двух сторон образуются линейные ушки, или рожки — auricula, охватывающие стебель. Строение язычка и ушек для большинства злаковых растений различно в ранние фазы роста. Например, язычок у пшеницы, ржи и ячменя короткий, часто с ресничками; у ячменя — очень крупные, без ресничек, полулунной формы; у ржи — короткие без ресничек, рано отпадают; овса ушки отсутствуют.

Количество листьев и их размеры отличаются между различными зерновыми культурами и сортами.

Соцветие

Соцветие зерновых культур представлено двумя типами:

  1. сложный колос (пшеница, рожь, тритикале и ячмень);
  2. метелка (овес, просо, сорго и рис).

В отличие от других культур на одном растении кукурузы образуется два соцветия — в верхней части стебля метелка с мужскими цветками, тогда как в пазухах листьев — початки с женскими цветками.

Колос

Колос является продолжением стебля, включающий членистый колосовой стержень и расположенные на его уступах колоски. Широкая сторона стержня называется лицевой, узкая — бокой. На каждом уступе может размещаться один колосок, как у пшеницы, ржи, тритикале, или три (ячмень). Колосковые чешуи отличаются у отдельных культур между собой.

Стержень колоса пшеницы коленчатый, на каждом его членике располагается один колосок, как правило, состоящий из двух колосковых чешуй и одного или нескольких цветков; стержень оканчивается верхушечным колоском. У ржи стержень колоса опушенный, на каждом членике имеется один колосок, обращенный к стержню широкой стороной; в одном колоске находится два цветка. Колос ячменя отличается от колосьев пшеницы и ржи расположенными на каждом уступе колосового стержня тремя одноцветковыми колосками.

Для многорядного ячменя характерно образование зерна в каждом из трех колосков, для двурядного — только в среднем колоске.

Метелка

Метелка состоит из центральной оси с узлами и междоузлиями. В узлах образуются боковые разветвления, которые также ветвятся, образуя ветви нескольких порядков. На концах каждой веточки находится колосок: многоцветковый — у овса и одноцветковый — у рису, проса и сорго.

Цветок

Цветок зерновых культур имеет две цветковых чешуи — нижняя (наружная) и верхняя (внутренняя). Наружная цветковая чешуя у остистых форм имеет ость. Верхняя более тонкая и плоская. Между цветковыми чешуями расположены завязь с обратной семяпочкой и двумя перистыми рыльцами и три тычинки (шесть у риса). В основании цветковых чешуй располагаются две тонкие пленки — lodicula, которые, набухая во время цветения, обуславливают раскрытие цветка.

У пшеницы цветки широкие, многомереные, с продольным килем; у ржи — очень узкие, однонервные; у ячменя — узкие, почти линейные; у овса — широкие, со многими выпуклыми продольными нервами.

Плод

Плод представлен односемянной зерновкой, которая обычно называется зерном. В ней имеется единственное семя, покрытое семенной оболочкой, сформировавшееся из двух оболочек семяпочки, и плодовой, образовавшейся из завязи. Зерновка состоит из зародыша, эндосперма и сросшейся с ними семенная и плодовая оболочки.

У пленчатых хлебов зерновка покрыта цветковыми чешуями, которые могут срастаться с ней, как например, у ячменя, или только плотно её облегать, как у овса, проса, сорго, риса. На долю зародыша приходится 2—12% массы зерна. Зародыш состоит из зародышевого корешка и стебелька, почечки и щитка, представляющего видоизмененные семядоли.

Зерно голозерных пшеницы и ржи легко отделяется от чешуй. Цветковые чешуи проса, чумизы и риса плотно облегают зерновку, у пленчатого ячменя они могут срастаться с зерновкой.

Эндосперм составляет 70-85% массы зерна. Его ткани состоят из паренхимных клеток, заполненные крахмальными зернами, между которыми находится белковое вещество. Периферийная часть эндосперма, называемая алейроновым слоем, не содержит крахмал; состоит из крупных клеток, заполненных растворимым белковым веществом. В алейроновом слое содержатся ферменты и биологически активные вещества, регулирующие процесс прорастания зерна.

Зародыш располагается у основания зерновки с выпуклой стороны. Он состоит из щитка, соединяющего его с эндоспермом, почечки, покрытой зачаточными листьями, первичного стебля и корешка. На долю зародыша приходится 1,5-2,5% массы зерновки для пшеницы, ржи и ячменя, 2-3,5% — для овса, 10-14% — для кукурузы.

На долю плодовой и семенных оболочек приходится 5—7% от общей массы зерна.

Зерновка пшеницы
Продольный разрез зерна пшеницы: 1 - хохолок; 2 - эндосперм; 3-5 - плодовые оболочки; 6 - семенная оболочка; 7 - алейроновый слой; 8 - щиток; 9 - почечка; 10 - зародышевый стебелек; 11 - корешок

Химический состав зерна

Зерно содержит все необходимые для человека и животных питательные вещества, соотношение белков и углеводов составляет 1 : 5-6.

Белки

Химический состав сильно изменяется в зависимости от культуры и сорта, почвенно-климатических условий и агротехнологии.

Согласно справочным данным содержание белка в зерне может варьировать от 6,7% для риса до 12,9% у пшеницы; жира — от 1,7—1,8% у ржи и пшеницы до 5,3-6,9% у овса и кукурузы; углеводов — от 59,7% у овса до 69,6% у ржи. Основная масса зерна приходится на безазотистые экстрактивные вещества — крахмал, сахар и др., преимущественно находящиеся в эндосперме.

Простые белки принято называть протеинами, сложные — протеидами. Простые белки представлены группами альбуминов (водорастворимые), глобулинов (солерастворимые), глютелинов (растворимые в кислотах и щелочах), проламинов, или глиадины (растворимые в 70-80%-ном этиловом спирте). Две последние группы представляют наибольшую ценность, с оптимальным для хлебопечения соотношении примерно 1:1.

Наибольшее количество белков присуще твердым сортам пшеницы. Содержание белка в зерне для всех зерновых увеличивается при выращивании их посевов с севера на юг и запада на восток. На качество зерна оказывает влияние сухость климата и содержание азота в почве. Например, согласно многолетним данным Центральной химической лаборатории Государственной комиссии по сортоиспытанию, количества белка в зерне яровой пшеницы, выращиваемой в Северо-Западных регионах страны составляет 12,6%, тогда как в районах Северного Казахстана — 17,3%.

Таблица. Химический состав зерна зерновых культур (в %)3

Культура
Белки
Углеводы
Жиры
Зола
Клетчатка
Пшеница мягкая
13,9
79,9
2,0
1,9
2,3
Пшеница твердая
16,0
77,4
2,1
2,0
2,4
Рожь
12,8
80,9
2,0
2,1
2,4
Ячмень
12,2
77,2
2,4
2,9
5,2
Овес
11,7
68,5
6,0
3,4
11,5
Кукуруза
11,6
78,9
5,3
1,5
2,6
Рис
7,6
72,5
2,2
5,9
11,8
Просо
12,1
69,8
4,5
4,3
9,2
Гречиха
13,1
67,8
3,1
2,8
13,1

На содержание белка в зерне оказывает влияние применяемая агротехника: например, внесение органических и минеральных удобрений, размещение по лучшим предшественникам. Зерно пшеницы, собранного в период восковой спелости, содержит больше белка, чем собранного в период полной спелости.

Качество белка зависит от состава аминокислот, прежде всего валина, лизина, триптофана.

Клейковина

Качество муки характеризуют содержанием клейковины, представляющей собой сгусток нерастворимых в воде белковых (клейковинных) веществ, оставшийся после отмывания теста от крахмала, клетчатки и других веществ. В клейковине содержится немного жира, крахмала и зольных элементов. Наиболее высококачественная клейковина расположена в центре зерна, её качество резко снижается при прорастании зерна, повреждении морозом или вредителями.

Содержание сырой клейковины варьирует у пшеницы от 16 до 50%, ржи — от 3,1 до 9,5%, ячменя от 2 до 19%. Качество и выход клейковины зависит от внешних условий. Так, при сухой и жаркой погоде содержание клейковины выше, тогда как повреждение зерна вредной черепашкой, приводит к резкому снижению содержания. Качественная клейковина способна растягиваться в длину, не разрываясь, и оказывать сопротивление растяжению.

Пшеничная клейковина наиболее ценна, по этому пшеничный хлеб отличается повышенной пористостью и переваримостью. Ржаная клейковина менее эластична и растяжима.

Углеводы

Среди углеводов в наибольшее количество приходится на крахмал, 80% которого от массы всех углеводов содержится в эндосперме. Остальная часть приходится на сахар, содержащимся преимущественно в зародыше (около 1,5% массы зерна). Углеводы концентрируются в центральной части зерновки.

В зависимости от характера крахмальных зерен и их расположения в клетках эндосперма, зерно подразделяется на мучнистое и стекловидное. В эндосперме мучнистого зерна промежутки между крупными крахмальными зернами заполнены мелкими с тонкими белковыми прослойками. В стекловидном зерне мелкие крахмальные зерна почти отсутствуют, прослойки белко более толстые и заполняют все промежутки между крупными зернами.

Содержание в зерне крахмала увеличивается при продвижении посевов с востока на запад и с юга на север, то есть в обратном направлении по сравнению с изменением содержания белка.

Клетчатка — высокомолекулярный полисахарид, содержится в стенках клеток, оболочке зерна и чешуйках у пленчатых культур. Содержание клетчатки в мелких зернах выше, чем в крупных.

Жиры

Содержание жиров в зерне варьирует от 2 до 6%. Содержание жиров и липидов крайне неравномерно в зерне, в основном они концентрируются в зародышах, у пшеницы около 14%, ржи и ячменя — 13,4%, проса — 20%, овса — до 26%, кукурузы — до 40%.

Высокое содержание жира в муке приводит к её прогорканию. Для повышения качества кукурузной муки перед помолом удаляют зародыш, который используется для получения масла.

Зольные вещества

У пленчатых зерновых культур зола преимущественно содержится в пленках, у голозерных — в плодовой оболочке. При сложном помоле большая часть золы отделяется с отрубями.

Зольные вещества представлены соединениями фосфора (до 50% всей массы зольных веществ), кальция (до 2,8%), калия (до 30%), серы, кремния, магния (до 12%) и др. Наибольшее их количество приходится на оболочку и чешуйки.

Ферменты и витамины

В зерне также содержатся ферменты, участвующие в жизненных процессах, например, амилаза (расщепляет поли- и дисахариды), протеаза, мальтаза, цитаза, диастаза, липаза (расщепляет жиры), пероксидаза.

В зерне содержаться витамины: В1, В2, В6, РР, Е, А.

Вода

Вода, участвующая в физиологических процессах, находятся в зерне в виде:

  1. химически связанной, то есть входящей в состав молекул веществ в определенных соотношениях, эта вода отличается постоянством и инертностью;
  2. физико-химически связанной воды, входит в состав зерна в различных соотношениях; может быть в форме адсорбционно связанной, осмотически поглощенной или структурной воды;
  3. механически связанной, или свободной, количество может сильно меняться; легко теряется при высушивании.

Зерно закладывают на хранение с влажностью не более 14—15%, то есть воздушно-сухом состоянии.

Фазы роста (фенологические фазы)

В течение вегетации зерновые культуры проходят фенологические фазы, отличающиеся появлением новых органом и внешними морфологическими признаками.

Выделяют следующие фенологические фазы:

  • всходы, или прорастание (иногда рассматривают отдельно),
  • кущение,
  • выход в трубку,
  • стеблевание (иногда не включают),
  • колошение (выметывание),
  • цветение,
  • созревание.

Наступлением фазы принято считать день, когда не менее 10% растений вступают в новую фазу. Полная фаза наступает при наличии признаков у 75% растений.

Прорастание

Прорастание семян — сложный биологический процесс, включающий несколько физиолого-биохимических превращений, заканчивается появлением на поверхности почвы первого зеленого листа. Необходимым условием прорастания является наличие воды, тепла и воздуха. Зародыш поглощает воду быстрее, чем эндосперм, что приводит к неравномерному набуханию зерна и разрыву оболочки.

Потребность различных культур в воде в зависимости от массы зерна (в воздушно-сухом состоянии): овес — 60-76%, пшеница — 47-48%, рожь — 56-65%, ячмень — 48-57%, кукуруза — 37-44%, просо, сорго, чумиза — 25-38%. Для сравнения, семенам бобовых культур для набухания требуется 100-125% воды от массы зерен. Более крупному зерну с плотной оболочкой, с высоким содержанием белка и жира необходимо больше времени для набухания.

Скорость поглощения воды зависит от температуры, концентрации почвенного раствора, структуры и крупности зерна. Оптимальная температура в период набухания для зерновых составляет 10-21 °С. Повышенная концентрация солей замедляет прорастание. Стекловидное или крупное зерно медленнее поглощает воды, чем мучнистое или мелкое. По этой причине, чем выравненный семенной материал, тем более равномерны всходы. Пленчатые зерна медленнее набухают, чем голозерные. 

В набухшем зерне под действием ферментов происходит гидролиз запасных питательных веществ эндосперма. Специальные ферменты цитаза и амилаза расщепляют крахмал и гемицеллюлозу эндосперма на простые углеводы декстрин и мальтозу. Фермент инвертаза превращает сахара в глюкозу и фруктозу, которые используются прорастающим растением для дыхания и роста клеток. Фермент протеаза расщепляет белки до аминокислот и аммиака, липаза расщепляет жиры до жирных кислот и глицерин.

При прорастании зерна происходит расщепление запасных питательных веществ с образованием соединений, из которых формируются органы растения.

Д.Н. Прянишников установил, что белки эндосперма при ферментативном расщеплении образуют аминокислоты и небольшие количества аспарагина и глютамина. Эти вещества вступают в реакцию с продуктами расщепления углеводов, тем самым служат для образования новых белков и в растущем зародыше.

Начало прорастания приходится на рост зародышевых корешков, а затем стебелька. Оптимальная температура появления всходов и начального роста при обычных сроках посева для хлебов I группы составляет 6-12 °С, II группы — 15-22 °С. Минимальная температура прорастания для I группы — 1-2 °С, II группы — 8-10 °С. Физиологические оптимумы — для I группы — 20 °С, II группы — 25-27 °C. Повышенная температура приводит к замедлению прорастания, а при достижении определенного предела — к остановке роста. Экстремальные температуры выше 30-35 °С — губительны, а ниже 1-2 °С — приводят к остановке прорастания.

На равномерность прорастания негативно сказывается недостаток воздуха и избыток влаги. По мере развития проростков потребность в кислороде увеличивается. По этой причине глубокая заделка семян нежелательна, прежде всего на тяжелых почвах, а также образование почвенной корки.

Всходы

В первые дни жизни зерновых культур происходит усиленное развитие первичных (зародышевых) корней. Затем начинает развиваться стебель. У голозерных разновидностей стебель появляется около щитка, у пленчатых — под цветковой чешуей и выходит из верхнего окончания зерна.

Всходы появляются на поверхности почвы в виде шилец — стеблевых побегов, покрытых прозрачным листом — чехликом (coleoptile). Чехлик защищает стебель и первый лист от механических повреждений во время прорастания из почвы. Как только лист достигает нормального размера колеоптиль отмирает.

Первый лист завершает рост через 6—11 дней после появления всходов. Затем, примерно через неделю после развертывания первого листа в его пазухи появляется второй, и далее с такими же интервалами — третий и четвертый. Одновременно развивается корневая система. К моменту образования 3—4-го листа зародышевые  корни хорошо разветвляются и проникают на глубину 30—35 см. В фазе кущения они достигают 40—50 см, при стеблевании — 60-90 см. Росту способствует хорошее увлажнение почвы.

Всходы пшеницы, как правило, бывают зелеными, у яровой мягкой пшеницы — сизовато-зелеными, ржи — фиолетово-коричневыми, овса — светло-зелеными, ячменя — сизовато-дымчатыми. Окраска всходов зерновых второй группы — зеленая или бледно-зеленая.

Появление всходов зависит от многих факторов: особенностей культуры, влажности, температуры, гранулометрического состава и плотности почвы, глубины посева и энергии прорастания семян. Быстрому появлению всходов (через 4—6 дней) благоприятствует теплая и влажная погода, тогда как резкое похолодание тормозит этот процесс.

Кущение

В фазе кущения из подземных узлов стебля формируются придаточные (узловые) корни, затем появляются боковые побеги. Чаще они образуются из самого верхнего, называемого узлом кущения и расположенного на глубине 1—3 см от поверхности почвы. Узел кущения представляет собой комплексное образование, состоящие из сближенных узлов, из которых формируются вторичные (придаточные) корни и стебли (боковые побеги). Более глубокое залегание узла кущения способствует повышению устойчивости растений к полеганию и противостоянию неблагоприятным условиям.

Кущение заключается в том, что почка, расположенная у основания первого листа, увеличивается, отодвигает его и формирует бокой побег. Затем в пазухах нижних листьев боковых побегов образуются новые почки, способные формировать боковые побеги второго, третьего и т.д. порядков.

Одновременно происходит образование вторичных корней. В отличие от зародышевых корней, которые формируются из зерна и проникают на большую глубину, вторичные корни образуются из узла кущения и располагаются преимущественно в поверхностном слое.

Хорошему развитию вторичных корней благоприятствует достаточная увлажненность почвы и доступность питательных веществ, прежде всего фосфора. При пересыхании верхнего слоя, вторичные стебли и корни не формируются. В таких условиях закладывается только главный стебель и первичная корневая система, что резко снижает урожайность.

Первый подземный узел образуется на 5—7-й день после появления всходов для большинства хлебов I группы или одновременно с ними — у хлебов II группы и овса.

На глубину залегания узла кущения влияет свет. Недостаток света приводит к неглубокому его залеганию. На глубину также влияет глубина посева, сорт, тип почвы и температура. Так, при пониженной температуре узел кущения углубляется; сорта твердой пшеницы также формируют узел кущения глубже, чем мягкой. Более глубокое залегание узла кущения озимых культур защищает их от неблагоприятных условий в зимне-весенний период.

У злаковых растений узел кущения является очень важным органом, так как от его нормального развития зависят формирование надземной массы и корневой системы, засухоустойчивость, зимостойкость и др. Даже частичное его повреждение может приводить к задержке роста растений, а отмирание — к полной гибели.

Общая кустистость (энергия кущения) — число стеблей (побегов), развивающихся из одного растения. В полевых условиях у озимых культур формируется 5-8 стеблей, у яровых — 2-3, в благоприятных условиях их количество может достигать до 5—10 и выше.

Продуктивная кустистость — число стеблей на одном растении, которые дают зерно. При позднем формировании боковых побегов на них не успевает образоваться и созреть зерно. Побеги с недозревшим зерном принято называть подгоном, а неколосящиеся — подседом. Чем выше продуктивная кустистость, тем больше зерна приходится на одно растение, однако наибольший урожай с единицы площади собирается при небольшой кустистости и оптимальной густоте стеблестоя.

При оптимальных почвенно-климатических условиях максимальная урожайность зерновых культур достигается при общей кустистости 5— 8 побегов, и продуктивной — 2—3. У озимых зерновых продуктивных стеблей бывает обычно 3-6, ячменя и овса — 2-3, яровой пшеницы — 1, иногда 2, кукурузы — 1, риса, проса и сорго — 2-5. На продуктивных стеблях формируются крупные колосья и зерна.

Согласно данным В.Н. Степанова, динамика развития побегов кущения и узловых корней различна у зерновых культур. Например, у озимой и яровой ржи и овса кущение и укоренение происходят одновременно, в период формирования 3-4 листа. У ячменя, озимой и яровой пшеницы побеги кущения формируются на стадию образования третьего листа, тогда как укоренение происходит при появлении 4-5 листьев. У проса кущение приходится на период появления 5-6 листа, кукурузы — 6-7, сорго — 7-8 листа. Узловые корни у этих культур образуются при появлении 3-4 листьев. Более ранние сроки появления корневой системы по сравнению с началом стадии кущения, обуславливают способность культур лучше переносить дефицит влаги (кроме кукурузы) в первый и последующий периоды.

В узле кущения размещаются все будущие части растения, одновременно в нем сосредоточены запасы питательных веществ. Отмирание узла кущения во всех случая приводит к гибели растения. 

Начало кущения у отдельных культур отмечается в разное время, например, хлеба I группы — при образовании 3—4 листьев, хлеба II группы — в фазе 5—8 листьев.

Величина урожая определяется прежде всего мощностью корневой системы и надземной части. Согласно исследованиям А.Л. Курсанова и др., проведенные с использованием метода радиоактивных изотопов, показали способность корней, помимо обеспечения растений водой и минеральными вещества, синтезировать аминокислоты и нуклеопротеиды.

Энергия кущения и кустистость зависят от таких факторов, как водно-воздушный, тепловой, пищевой и световой режимы, вид и сорт растения, качество семян, срок посева, норма высева и др. Кущение зерновых культур первой группы может протекать при температуре около 5 °С, но энергия кущения при этом слабая. Оптимальная температура для кущения составляет 10-15 °С. Более высокие температура приводят к сокращению длительности фазы кущения, в следствие чего образуется меньшее число побегов.

У озимых культур при соблюдении оптимальных сроков и условий кущение происходит осенью.

Продуктивное значение фазы кущения неоднозначно. Так, по мнению П.Н. Константинова, А.И. Носатовского, П.П. Лукьяненко и др., фаза кущения нежелательная, прежде всего в засушливых районах. Они полагают, что на формирование вторичных стеблей расходуется много воды и питательных веществ, что становится причиной плохого питания главного стебля, а урожай зерна вторичных стеблей недостаточен, чтобы возместить недобор зерна с главного стебля. Поэтому оптимальным типов яровых культур для условий засушливых регионов они называют 1-2-стебельные растения.

Противоположной точки зрения придерживались В.Р. Вильямс, В.Е. Писарев, С.А. Муравьев и др. Они полагали, что за счет хорошего кущения развивается большая листовая масса, что способствует выработке большего количества органических веществ для образования зерна. В благоприятных условиях боковые стебли способны давать 30-50% урожая зерна. Однако в условиях достаточного увлажнения сильное кущение способно приводить к отрицательным результатам.

Загущенные посевы больше склонны к полеганию, ухудшаются условия фотосинтеза, налив зерна, увеличиваются потери при уборке. Чаще среднее количество продуктивных стеблей на 1 м2 составляет 350-400, обеспечивая урожайность 20-30 ц/га. В отдельных случая возможно увеличение до 700-800 на 1 м2.

Выход в трубку

В фазе кущения у зерновых культур начинает формироваться стебель (соломина). Междоузлия, вначале имеющие вид поперечных рубчиков у основания зачаточного колоса или метелки, удлиняются. Началом выхода в трубку считается момент времени, когда внутри листового влагалища главного стебля на высоте 5 см от поверхности почвы прощупывается стеблевой узел.

Иногда фазой выхода в трубку ошибочно принимают простое удлинение листового влагалища, например, такое часто бывает осенью у переросших озимых культур. Сначала удлиняется нижнее междоузлие, затем второе, третье и т.д., причем каждое новое обгоняет в росте предыдущее. Такое формирование стебля (соломины) принято называть вставочным, или интеркалярным.

Колошение (выметывание)

Колос (метелка) и колоски закладываются в фазе кущения. Фаза колошения считается наступившей, при выходе на 1/3 — половину колоса (метелки) из влагалища верхнего (флагового) листа главного стебля. Формирование метелок у кукурузы — султанов — происходит раньше по сравнению с женскими соцветиями — початками.

Дальнейшая дифференциация колоса (метелки) начинается при температуре выше +15°С. На стадии от выхода в трубку до выколашивания (выметывания) зерновые культуры предъявляют повышенные требования к свету, теплу, влажности почвы и питательным веществам, так как этот период сопровождается усиленным ростом и формированием колоса (метелки).

На размер колоса сильно влияет соотношение питательных веществ. Избыток азота в этот период приводит к затягиванию на несколько дней формирования конуса и образованию большого числа колосков. Избыток фосфора приводит к ускоренному формированию колосков и уменьшению их числа.

Цветение

Цветение — оплодотворение. У всех зерновых культур, кроме озимой ржи, цветение начинается вскоре после выколашивания (выметывания). Ячмень цветет до полного колошения, рожь — через 8-10 дней после.

Цветение зерновых делят на самоопыляющееся, например, у ячменя, пшеницы, овса, проса, риса, и перекрестноопыляющееся — у ржи, кукурузы, сорго. У самоопыляющихся пыльники созревают еще в закрытом цветке, поэтому пыльца обычно попадает на рыльца того же цветка еще до его раскрытия. К наиболее строгим самоопылителям относится ячмень, у которого опыление происходит во время колошения и даже раньше (закрытое цветение).

Колос, как правило, цветет 3-4 дня, метелка — 6-7 дней.

При наступлении фазы цветения развитие стебля, листьев и колоса прекращается. Наибольший прирост сырой массы отмечается в фазе колошения, тогда как сухой — в период восковой спелости зерна.

Цветение у пшеницы может быть как при закрытых, так и открытых чешуях, в зависимости от внешних условий. Закрытое наблюдается при неблагоприятных условиях (дождливой и пасмурной погоде), при этом возможно только самоопыление. В жаркую и сухую погоду — открытое.

При недостатке влаги и других неблагоприятных условиях цветение ячменя может происходить во влагалище листа. В это время раскрываются цветковые чешуи и появляются созревшие пыльники и рыльца. У ржи и пшеницы цветение начинается в средней части колоса. У проса, сорго и овса этот процесс начинается от верхних колосков, постепенно переходя к основанию метелок.

Цветение быстро реагирует на неблагоприятные погодные условия, например, резкое повышение или понижение температуры, засуху, дожди и сильные ветры. При этом происходит неполное опыление, приводящее к частичной озерненности колосьев, метелок, початков, так называемая череззерница.

Созревание

Созревание — развитие завязи и формирование зерна начинается после цветения и оплодотворения. Ускорению созревания способствуют ранние сроки посева, повышенная густота стеблестоя, внесение фосфорно-калийных удобрений, теплая ясная и сухая погода. Наоборот, при влажной погоде или орошении, изреженных посевах процесс созревания протекает медленно.

Высокая температура, воздушная и почвенная засуха в период налива приводят к «запалу» или «захвату» зерна: налив уменьшается, зерно образуется щуплым и морщинистым, что резко снижает урожай и его качества. Очень дождливая и теплая погода приводят к «стеканию» зерна за счет гидролиза крахмала и вымыванию водой растворенных веществ.

Для нормального созревания зерновых культур необходима определенная сумма активных температур. Если в дождливую погоду уборка сильно затягивается, это может привести к прорастанию зерна в колосьях на корню и в валках. На севере Европейской части России и в Сибири при дождливой и холодной погоде уборка часто проходит с запозданием, что может приводить к повреждению недозревшего зерна заморозками и резкого снижения урожая «морозобойного» зерна и его качества.

Н.Н. Кулешов предлагает делит процесс формирования зерна на три стадии:

  1. формирование (образование и формирование);
  2. налив;
  3. созревание.

Образование семян — период от образования зерна до установления окончательной длины. Семя может давать слабый росток. Масса 1000 семян равна 1 г. Продолжительность образования — 7-9 дней и более.

Формирование — период от образования зерна до установления окончательной длины. В семенах отмечается большое содержание свободной воды и малое сухого вещества. Масса 1000 зерен составляет 8-12 г.

Налив — период от начала накопления крахмала в эндосперме до его прекращения. Влажность при этом снижается до 37-40%, продолжительность — 20-25 дней.

Период налива подразделяется на четыре этапа:

  1. Фаза водянистого состояния — начало образования клеток эндосперма. Сухое вещество составляет 2—3% от максимального его количества, длительность фазы — 6 дней.
  2. Фаза предмолочная — содержимое зерна водянистой консистенции е с молочным оттенком. Содержание сухого вещества — 10%. Продолжительность фазы 6—7 дней.
  3. Фаза молочного состояния — зерно содержит молокообразную белую жидкость. Сухого вещества накоплено 50% от массы зрелого зерна. Длительность фазы 7—15 дней.
  4. Фаза тестообразного состояния — эндосперм приобретает консистенцию теста, сухого вещества накоплено 85—90%, продолжительность фазы 4—5 дней.

Созревание зерна начинается с прекращения поступления пластических веществ. Влажность зерна при этом снижается до 8-12% и становится пригодным для технического использования, но развитие семени еще не завершено.

Период налива иногда называют фазой молочной спелости, когда растения ещё зеленые, стебель и листья начинают желтеть в нижней части, самые нижние листья отмирают, влажность зерновки колеблется от 60 до 40%.

Период созревания подразделяется на две фазы:

  1. Фаза восковой спелости — эндосперм восковидный, упругий, легко режется ногтем, оболочки желтые. Влажность снижается до 30% (22-40%). Длительность фазы 3—6 дней, рост зародыша и накопление пластических веществ прекращаются. Растения при этом желтые, кроме 2-3 верхних улов стебля и части соцветия.
  2. Фаза твердой спелости — эндосперм твердый, на изломе мучнистый или стекловидный, оболочка плотная, кожистая, окраска типичная, влажность 8—22% (в зависимости от зоны). Продолжительность фазы 3—5 дней.

В фазе твердой спелости происходят сложные биохимические провесы, после чего появляется свойство семени — всхожесть. Из-за последней стадии дополнительно выделяют еще два периода: послеуборочное дозревание и полная спелость.

В период послеуборочного созревания завершается синтез высокомолекулярных белковых соединений, свободные жирные кислоты трансформируются в жиры, укрупняются молекулы углеводов, дыхание останавливается. В начале этой фазы всхожесть семян низкая, к концу — нормальная. Продолжительность зависит от особенностей культуры и внешних условий и составляет от нескольких дней до нескольких месяцев.

Полная спелость наступает, когда семена готовы начать новый жизненный цикл растения, всхожесть достигает максимальной величины. Растения на этой стадии желтые, листья отмирают, зерно твердое, уменьшается в размерах.

Уборку урожая проводят на стадии восковой спелости методом раздельного комбайнирования, на стадии полной спелости — прямым комбайнированием.

В ряде регионов, например, в Северном Казахстан, Сибирь и др., созревание зерновых культур в отдельные годы затягивается, растения повреждаются заморозками, давая морозобойное зерно и приводя к снижению урожайности и ухудшению качества. Поэтому в этих регионах применяют двухфазная уборка — в первой половине фазы восковой спелости. Находясь в валках, зерно меньше повреждается заморозками, при этом в него продолжают поступать пластические вещества до тех пор, пока в стеблях и листьях содержится вода.

На Юго-Востоке России преждевременная спелость зерна бывает из-за суховеев, в результате которых раньше приостанавливаются рост и накопление пластических веществ. Зерно становится морщинистым, щуплым, ухудшается мукомольные и хлебопекарные свойства. Щуплость зерна приводит к уменьшению урожая. Основным средством борьбы с суховеями является расширение защитных полевых лесонасаждений, накопление влаги в почве, применение скороспелых сортов и уборка урожая в сжатые сроки.

Жизненный цикл зерновых культур (органогенез)

Органогенез — этапы жизненного цикла растения. Внедрение высоких и интенсивных технологий возделывания культур требует детального контроля особенностей продукционных процессов различных видов и сортов зерновых культур во время прохождения этапов жизненного цикла.

В 1962 году под руководством Куперман Ф.М. были разработаны 12 этапов органогенеза для зерновых и других сельскохозяйственных культур. Каждый этап характеризуется определенным состоянием конуса роста и образованием новых органов или изменением в их развитии. При этом весь жизненный цикл однолетнего растения делится на три периода:

  1. эмбриональный и юность (I—IV этапы);
  2. зрелость и размножение (V—VIII этапы);
  3. старость (IX—XII этапы).

Экспериментально установлены следующие 12 этапов органогенеза зерновых культур:

  1. Формирование первичного конуса роста стебля;
  2. Интенсивная дифференциация его на зачаточные узлы, междоузлия и листья;
  3. Удлинение конуса роста с образованием сегментов колоса (метелки);
  4. Закладка и формирование колосковых бугорков;
  5. Образование и дифференциация цветочных бугорков;
  6. Формирование пыльцевых зерен и пестика, рост покровных органов цветка;
  7. Интенсивный рост в длину всех органов колоса (метелки);
  8. Завершение формирования колоса (метелки) и цветков;
  9. Цветение и оплодотворение, образование зиготы;
  10. Рост зерновки и органов семени;
  11. Накопление питательных веществ в зерновке, начало приходится на фазу молочной спелости, длится о восковой;
  12. Превращение питательных веществ в запасные, созревание семени.

Визуально эти этапы проявляются через фазы. Первые два этапа у озимых зерновых при оптимальных сроках посева завершаются осенью, последующие начинаются весной с возобновлением вегетации.

Детальная шкала для характеристики продукционных процессов зерновых и других культур была разработана в Западной Европе во второй половине XX в. Международный код BBCH позволяет использовать в опытной агрономии современные компьютеры (Шпаар и др.).

Международный код был создан благодаря совместной работе немецких специалистов фирм, выпускающих химические средства защиты растений: BASF AG, Bayer AG, Ciba-Geigy AG, Hoechst AG, отсюда и название кода BBCH, которое представляет первые буквы названий этих фирм.

Таблица. Рост и развитие зерновых культур (код ВВСН)4

Макрофазы
Микрофазы
Название
Название
0Прорастание00Сухое зерно
01Начало поглощения воды
03Конец поглощения воды
05Появление кончика зародышевого корешка
06Зародышевый корешок растягивается, корневые волоски и/или боковые корни видны
07Появление кончика зародышевого влагалища (колеоптиля)
09Всходы: колеоптиль проходит поверхность почвы, лист достиг его кончика
1Развитие листьев10Первый лист выходит из колеоптиля*
11Первый лист развернут и показалось острие второго
12Второй лист развернут и показалось острие третьего
13Третий лист развернут и показалось острие четвертого**
1...Микрофазы развертывания листьев...
19Девять и больше листьев развернуты
2Кущение***20Нет кущения
21Появляется первый побег (начало кущения)
22Появляется второй побег
23Появляется третий побег
2...Микрофазы появления побегов...
29Конец кущения (максимальное число побегов достигнуто)
3Выход в трубку30Начало выхода в трубку (главный побег и боковые сильно направлены вверх, начинают тянуться). Расстояние колоса от узла кущения не менее 1 см
31Первый узел виден на поверхности земли (расстояние не менее 1 см)
32Второй узел виден (расстояние от 1-го узла не менее 2 см)
33Третий узел виден (расстояние от 2-го узла не менее 2 см)
34Четвертый узел виден (расстояние от 3-го узла не менее 2 см)
3...Микрофазы формирования узла...
37Появление последнего (флагового) листа, еще свернутого
39Флаговый лист полностью развит
4Набухание соцветий (колосьев или метелок)41Листовое влагалище флагового листа удлиняется
43Соцветие (колос или метелка) внутри стебля сдвинуто вверх, листовое влагалище флагового листа начинает набухать
45Листовое влагалище флагового листа набухло
47Листовое влагалище флагового листа открывается
49Ости появляются над листовым язычком флагового листа
5Появление соцветий (колосьев или метелок)51Начало появления соцветий. Верхняя часть колоса или метелки видны
52Появление 20% соцветия
53Появление 30% соцветия
54Появление 40% соцветия
55Появление половины соцветия
56Появление 60% соцветия
57Появление 70% соцветия
58Появление 80% соцветия
59Появление всего соцветия, колос или метелка полностью видны
6Цветение61Начало цветения. Первые тычинки появляются
65Середина цветения (50% зрелых тычинок)
69Конец цветения
7Образование зерен71Первые зерна достигли половины своего окончательного размера, содержание их водянистое
73Ранняя молочная спелость
75Средняя молочная спелость. Все зерна достигли своего окончательного размера, еще зеленые с молочным содержанием
77Поздняя молочная спелость
8Созревание зерен83Ранняя восковая спелость
85Мягкая восковая спелость. Содержание зерен еще мягкое, но сухое (вмятина от ногтя выпрямляется)
87Твердая восковая спелость (вмятина от ногтя не выпрямляется)
89Ранняя полная спелость. Зерно твердое
9Отмирание92Поздняя полная спелость. Зерно твердое
93Зерно сидит рыхло в колосе в дневное время
97Растение полностью отмершее. Соломина ломается
99Собранный урожай зерна

* Лист считается развернутым, когда острие следующее за ним видно.

** Кущение может происходить с 13-й микрофазы, в этом случае переходят на 21-ю микрофазу.

*** Выход в трубку может начинаться уже до конца кущения, в этом случае переходят на 30-ю микрофазу.

Полегание

Полегание хлебов может вызываться неблагоприятными условиями. Причины полегания установил в конце прошлого столетия К.А. Тимирязев. Он считал, что главной из них является вытягивание клеток стебля из-за недостаточности освещения, делая их стенки более тонкими. Недостаток света вызывается сильным кущением и избыточной мощностью вегетативной массы. Нижние ослабленные междоузлия не выдерживают тяжести надземной массы, в результате чего происходит полегание растений.

Если это происходит достаточно рано, то за счет разрастания листовых узлов возможно выпрямление соломины; тогда как при полегании после выколашивания изменений в посеве уже не происходит.

Риск полегания зерновых увеличивается при орошении, что связано с сильным развитием вегетативных органов, повышенной влажностью верхнего слоя почвы и неглубоким залеганием узла кущения.

Для предупреждения полегания увеличивают глубину посева, благодаря чему узел кущения располагается глубже и вносят калийные и фосфорные удобрения, которые ускоряют развитие стеблей и корневой системы. Фосфорно-калийные удобрения вносят до кущении. Напротив, раннее внесение азотных удобрений приводит к усиленному кущению, задерживает развитие и уменьшает устойчивость к полеганию.

Для устойчивости растений к полеганию применяют узкорядный и перекрестный способы посева, располагая рядки с севера на юг.

Важнейшей мерой предупреждения полегания является использование устойчивых сортов. Также для предупреждения этого явления служит обработка посевов в фазе кущения регулятором роста растений — туром (хлорхолин-хлоридом), который предотвращает перерастание и полегание растений.

Согласно данным кафедры растениеводства ТСХД, обработка пшеницы туром в дозе 2-3 кг/га, приводит к уменьшению высоты растений на 18—20%, урожайность при этом возрастает на 3-6 ц/га. Поздняя весна и слабое развитие растений резко снижает эффективность препарата.

Для не допущения полегания зерновых культур, применяют специальные препараты — ретарданты. Они хорошо растворяются в воде и легко проникают в растения. Под их действием нижние междоузлия становятся более короткими и толстыми, а высота растений уменьшается на 15-25 см, что повышает устойчивости к полеганию. Кроме того, эти препараты повышают устойчивость к засухе и заболеваниям корневыми гнилями благодаря стимулирования роста корневой системы.

Пшеница

Основная статья: Озимая пшеница

Основная статья: Яровая пшеница

История культуры

Пшеница является одной из древнейших культур, возделываемых на земном шаре. Археологические исследования показывают, что её возделывали более 6500 лет назад на территории современного Ирака, за 6000 лет до н.э. — в Египте, за 3000 лет до н.э. — в Китае. Еще в доисторические времена пшеница получила распространение в Африке и Европе.

На территории России пшеница была известна в каменный век — около 3-4 тысячелетия до н.э. Её возделывали в Туркмении, Закавказье, на Украине. 3000 лет до н.э. она была известна в Грузии, Армении, следы этой культуры были обнаружены на территории Хмельницкой области Украины, датируемые IV тысячелетием до н.э. Возделыванием этой культуры занимались скифы, позже — славяне, которые распространили её на север до Новгорода и Ладоги. В XIII в. её выращивали в Хакассии и других районах Сибири, например, на территории Красноярского края. В Закавказье сосредоточено наибольшее разнообразие видов пшеницы.

Хозяйственное значение

В мировом сельском хозяйстве пшеница занимает первое место, среди других культур. Посевные площади составляют 230-240 млн га, что составляет 32% от общей площади зерновых культур. Валовой сбор — 600 млн т, или 29% от общего производства зерна. Средняя урожайность — 2,6 т/га. По площади посевов и производству зерна пшеницы СССР занимал первое место в мире. За 1976-1980 гг. посевная площадь под пшеницей в СССР в среднем составляла 60,7 млн га. В 90-е годы площадь посевов в России составляла 25 млн га, что составляло 11% от всей мировой площади. В 2001-2005 гг. посевная площадь пшеницы составляла 24 млн га, валовой сбор — 44 млн т, или 57% от общего сбора зерна, средняя урожайность — 1,83 т/га.

Большие посевные площади имеются в США, Китае, Индии, Канаде, Аргентине, Франции, Австралия. Пшеницу возделывают на всех материках, в горах до 4000 м на уровнем моря. В европейских странах и США более распространена озимая пшеница, в России и Канаде из-за сурового климата — яровая.

Пшеница является важнейшей продовольственной культурой: ее потребляет в пищу более половины всего населения Земли. Пшеничная мука используется в хлебопечении и кондитерской промышленности. Хлеб отличается высокими вкусовыми, питательными качествами. Зерно пшеницы используют для производства крупы, макаронных изделий, пшеничного крахмала, декстрина, спирта и других продуктов.

Отходы мукомольного производства — пшеничные отруби и мучная пыль — используются в качестве концентрированного корма для животных. На корм также используют солому и полову, однако в последнее время все больше используются в качестве органического удобрения.

К важнейшим показателям качества пшеницы являются — содержание белка и клейковины. На содержание белка влияют климат, почвенные условия и применяемые удобрения. Содержание белка определяет характер ее использования, может варьировать от 9 до 26%, усвояемость белка достигает 95%, содержание липидов и золы примерно по 2%. Для хлебопечения используют зерно с содержанием белка 14-15%, для макаронных изделий — 17-18%.

Пищевая ценность 100 г пшеничного хлеба составляет 245-255 ккал, 100 г макаронных изделий — 355-358 ккал.

В пшеничный белок представлен альбуминами (растворимы в воде), глобулинами (растворимы в солевых растворах), проламинами (растворимы в спиртах), глютелины (растворимы в слабых щелочах и кислотах). Проламины и глютелины образуют в гидратированном состоянии студень, представляющий  собой сгусток, остающийся после отмывания теста от крахмала. Этот студень называется клейковиной. В белке пшенице его содержание составляет до 50% сырой клейковины.

Для оценки хлебопекарных свойств пшеничной муки имеют большое значение количество и качество клейковины, которые влияют на объемный выход хлеба, его расплывчатость и пористость мякиша. По физическим свойствам клейковину подразделяют на:

  • с хорошей эластичностью и средней растяжимостью;
  • с удовлетворительной эластичностью или крепкой растяжимостью;
  • с неудовлетворительной эластичностью или слабой растяжимостью.

Высокий объемный выход хлеба зависит от эластичности клейковины и газоудерживающей способности теста. Растяжимость клейковины должна быть не более 30 см и не менее 20 см. Расплываемость хлеба — отношение высоты хлеба к его диаметру. Расплываемость хлеба хорошего качества должна быть более 0,5. Мякиш должен иметь равномерную тонкостенную мелкозернистую пористую структуру.

Для хлебопечения используют зерно с содержанием белка не менее 11%, для макаронных изделий — не менее 14%.

Сильные (мягкие) и твердые пшеницы

Для мукомольной, хлебопекарной промышленности и экспорта имеют большое значение сильные и твердые пшеницы.

Сильные пшеницы бывают только мягкие, характеризуются повышенным содержанием белка, клейковины и других питательных веществ. При оценке силы пшеницы хлебопекарные свойства являются решающими. По технологическим свойствам зерна различают три вида пшеницы: сильную, среднюю и слабую.

Сильная пшеница (strong) характеризуется более высоким содержанием белка в зерне — не менее 14%, сырой клейковины — не менее 28%, качество клейковины не ниже I группы, объемный выход хлеба из 100 г муки — 550 см3, стекловидность зерна у краснозерной пшеницы — не менее 75%, у белозерных — не менее 60%, хлебопекарная сила муки — не менее 280 Дж.

Сильную пшеницу называют улучшителем, так как она повышает хлебопекарные качества слабой пшеницы. При добавлении муки из зерна сильной пшеницы к муке слабой пшеницы улучшаются качества хлеба: вкус, пористость, объем. Зерно сильной пшеницы ценится на международном рынке.

Средняя по силе пшеница (filler) обладает хорошими хлебопекарными качествами, хлеб из нее получается с удовлетворительными качествами без добавления более сильной, но улучшать слабую пшеницу не может. Зерно средней пшеницы содержит 11-13,9% белка, 25-27% клейковины, качество клейковины соответствует II группе, хлебопекарная сила муки 200-280 Дж.

Слабая (weak) пшеница имеет небольшую хлебопекарную силу. Хлеб получается пониженного объема, расплывающийся на воду. Зерно слабой пшеницы характеризуется низким содержанием белка — менее 11%, сырой клейковины — менее 25%, качество клейковины соответствует II-III группе, объемный выход хлеба из 100 г муки менее 400 см3, хлебопекарная сила муки — менее 200 Дж. Для получения стандартного хлеба из муки слабой пшеницы к неё добавляют муку сильной пшеницы.

Ценными по качеству зерна пшеницами считаются те, которые имеют генетически повышенную силу муки, но недостаточную для того, чтобы быть эффективными улучшителями слабой пшеницы по качеству зерна. Зерно ценной пшеницы должно содержать не менее 25% клейковины качеством не ниже II группы.

Зерно сильной пшеницы оценивается выше, чем зерно обычной. Зерно твердой пшеницы ценится выше, чем зерно мягкой.

Сорта пшеницы

Наиболее распространены сильные по качеству сорта:

  • озимой пшеницы — Мироновская 808, Безостая 1, Одесская 51, Донская остистая;
  • яровой пшеницы — Альбидум 43, Саратовская 29, Саратовская 39, Безенчукская 98.

К наиболее ценным по качеству сортам озимой пшеницы относятся Альбидум 114, Ильичевка; яровой — Грекум 114, Минская, Московская 35.

Виды

Пшеница (Triticum) насчитывает 22 вида, которые относятся к семейству Злаки — Gramineae, или Мятликовые — Роасеае. Наибольшие площади посевов в мире занимают мягкая (Triticum vulgare L., или Triticum aestivum L.) и твердая (Triticum durum Desf.) пшеницы.

Мягкая, или обыкновенная пшеница, более распространена, возделывается на все территории России. Бывают озимые, полуозимые и яровые формы мягкой пшеницы. Колос рыхлый. Масса 1000 семян варьирует от 30 до 55 г. Лицевая сторона колоса превосходит боковую, то есть ширина больше толщины. Колосковые чешуи широкие, не полностью закрывающие цветковые. Киль на колосковой чешуе узким, слабо развит, зерно с хорошо выраженным хохолком; по консистенции может быть мучнистым, полустекловидным или стекловидным. Имеются остистые и безостые формы. Ости на наружных цветковых чешуях короче, колосья расходятся веерообразно. Соломина полая.

Твердая пшеница в России больше представлена в основном яровыми формами. Озимые формы возделываются на небольших площадях в низменно-предгорных районах Азербайджана, на востоке Грузии, в Одесской области Украины, в России — в Дагестане, Сибири, Поволжье, Кубани, Центрально-Черноземной зоне.

В мире основные регионы возделывания твердой пшеницы — побережье Средиземного моря: Испания, Франция, Италия, Малая Азия, север и юг Африки, США, Аргентина, Австралия.

Колосья твердой пшеницы длинные, колосковые чешуи сильно закрывают цветок; киль выдается, зерно полностью погружено в цветковые чешуи. По этой причине твердая пшеница лучше противостоит осыпанию, однако и обмолот ее более труден. Колос плотный, остистый. Ости параллельны колосу и длиннее его, боковая сторона колоса превосходит лицевую, то есть толщина больше ширины. Зерно вытянутое, сжатое с боков, со слабо выраженным хохолком или почти без него, в изломе стекловидное. Поперечный разрез зерна угловатый, у мягкой — близок к круглому. Масса 1000 семян — от 35 до 65 г. Соломина твердой пшеницы в верхнем междоузлии выполненная или с небольшим просветом.

Таблица. Морфологические отличия мягкой и твердой пшеницы

 
Мягкая пшеница
Твердая пшеница
КолосОстистый или безостый, рыхлый.
Лицевая сторона шире боковой
Остистый, редко безостый. Крупный, плотный, поперечное сечение квадратное или сжатое, боковая сторона при этом шире лицевой
ОстиРавны по колосу или короче, расходятся в стороныДлиннее колоса, направлены вверх параллельно колосу
Соломина под колосомЧаще полаяЧаще заполнена сердцевиной
ЗерноКороткое с хохолком. На изломе округлое, мучнистое или полустекловидное. Содержание белка 10-18%Удлиненное. Хохолок слабо выражен или отсутствует. На изломе угловатое стекловидное. Содержание белка 16-24%

Клейковина мягкой пшеницы отличается более ценными свойствами, за счет чего хлеб из муки мягкой пшеницы обладает более высокими качествами. Клейковина твердой пшеницы рвущаяся, поэтому её используют для производства манной крупы, макаронных изделий.

Большинство видов пшеницы, в том числе мягкая и твердая, тургидум, полоникум, карликовая, персикум, круглозерная, относятся к голозерным, характеризующимся неломким колосовым стержнем.По этой причине после созревания колос у них не распадается на колоски, зерно хорошо отделяется при обмолоте от колосковых и цветковых чешуй.

Полбяные, или пленчатые виды пшеницы отличаются ломким колосовым стержнем, поэтому после созревания колос разделяется на колоски, а при обмолоте зерно не отделяется от колосков. Для получения чистого зерна полбяных видов применяют специальное обрушивание. К пленчатым относятся дикая и культурная однозернянка, двузернянка, спельта, маха. В некоторых районах Северного Кавказа возделываются местные сорта полбы.

Разновидности мягкой и твердой пшениц

В основе деления видов на разновидности лежит только морфологически устойчивые признаки колоса и зерна. Данная классификация не дает представления о биологическом характере форм, не связывает их с экологией и географией. Классификация представляет практическое значение, так как служит для морфологической систематики сортов.

Признаки разновидностей пшеницы:

  1. остистость, то есть наличие или отсутствие на колосе остей;
  2. опушенность колосковых чешуй, которые могут быть также голыми;
  3. окраска колоса, например, белая, красная, черная;
  4. окраска остей: одинаковая с окраской колоса или черная у белых и красных колосьев;
  5. окраска зерен, чаще белая и красная; к зерну с белой окраской относят чисто белое, желтоватое и бледно-розовое, с красной — темно-розовое, красное и красновато-коричневое.

Каждая разновидность имеет ряд сортов, различающихся между собой, но не всегда, по морфологическим признакам, биологическим и производственным особенностям. В пределах одной разновидности могут быть озимые и яровые сорта, скороспелые и позднеспелые; могут отличаться по зимостойкости, засухоустойчивости, осыпаемости, устойчивости к болезням и вредителям.

Большая часть сортов мягкой пшеницы относится к разновидностям лютесценс, эритроспермум, ферругинеум, мильтурум. Сортов твердой пшеницы — к гордеиформе и мелянопус.

[INSERT_ELEMENTOR id="6785"]

Литература

В.В. Коломейченко. Растениеводство/Учебник. — М.: Агробизнесцентр, 2007. — 600 с. ISBN 978-5-902792-11-6.

Растениеводство/П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С. Кузнецов и др.; Под ред. П.П. Вавилова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1986. — 512 с.: ил. — (Учебник и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).

Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

Ссылки

  1. Растениеводство/П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С. Кузнецов и др.; Под ред. П.П. Вавилова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1986. - 512 с.: ил. - (Учебник и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).
  2. Растениеводство/П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С. Кузнецов и др.; Под ред. П.П. Вавилова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1986. - 512 с.: ил. - (Учебник и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).
  3. Растениеводство/П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С. Кузнецов и др.; Под ред. П.П. Вавилова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1986. - 512 с.: ил. - (Учебник и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).
  4. В.В. Коломейченко. Растениеводство/Учебник. - М.: Агробизнесцентр, 2007.