Зерновые культуры

В мире

На долю зерновых культур приходится примерно половина всех посевных площадей мирового земледелия. 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 России

На протяжении многих лет валовой сбор зерна в СССР повышался в основном за счёт 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.

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

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.

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.

Таблица. Урожайность зерновых культур (ц/га).

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.

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.

Корневая система

Корневая система мочковатая. При прорастании семени образуются первичные (зародышевые) корни. У хлебов I группы количество первичных (зародышевых) корней составляет до 3-8 штук, для II группы — 1. 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 её развития определяются видом растения и сортом. Наиболее мощной корневой системой обладают озимая рожь, овёс и кукуруза. В корнях происходит не только поглощение воды и растворённых 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, разделённых 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 счёт удлинения всех междоузлий. Причём каждое новое междоузлие растёт 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 плёнка 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:

• сложный колос (пшеница, рожь, тритикале и ячмень);
• метёлка (овёс, просо, сорго и рис).

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

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 плёнки — lodicula, которые, набухая во время цветения, обуславливают раскрытие цветка.

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

Плод

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

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

Эндосперм составляет 70-85% массы зерна. Его ткани состоят из паренхимных клеток, заполненные крахмальными зёрнами, 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.

Белки

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 соотношением примерно 1:1.

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

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, а 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, содержащийся преимущественно в зародыше (около 1,5% массы зерна). Углеводы концентрируются в центральной части зерновки.

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

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 плёнчатых культур. Содержание клетчатки в мелких зёрнах 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.

Зольные вещества

У плёнчатых зерновых культур зола преимущественно содержится в плёнках, у голозёрных — 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: B₁, В₂, В₆, PP, E, A.

Вода

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

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

Хозяйственный вынос элементов питания

Хозяйственный вынос основных элементов питания урожаем зерновых культур, в % от биологического:

• азот 75;
• фосфор (P₂O₅) — 79;
• калий (K₂O) — 64.

Прорастание

Зародыш поглощает воду быстрее, чем эндосперм, что приводит к неравномерному набуханию зерна и разрыву оболочки. 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. Стекловидное или крупное зерно медленнее поглощает воды, чем мучнистое или мелкое. По этой причине, чем выравненный семенной материал, тем более равномерны всходы. Плёнчатые зёрна медленнее набухают, чем голозёрные.

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 глицерина.

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 в растущем зародыше.

Начало прорастания приходится на рост зародышевых корешков, а затем стебелька. 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 тяжёлых почвах, а также образование почвенной корки. Повышенная концентрация солей замедляет прорастание.

Всходы

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

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.

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 развёртывания первого листа в его пазухи появляется второй, и далее с такими же интервалами — третий и четвёртый. 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.

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 тёплая 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 боковой 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 увлажнённость 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 твёрдой 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 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.

Динамика развития побегов кущения и узловых корней различна у зерновых культур (В. Н. Степанова). 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 нём 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 температуры приводят к сокращению длительности фазы кущения, вследствие 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 нежелательна, 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. Муравьёв и др. Они полагали, что за счёт 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 2-3 т/га. В отдельных случаях 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 метёлки, 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., причём каждое новое обгоняет в росте предыдущее. Такое формирование стебля (соломины) принято называть вставочным, или интеркалярным.

Колошение (вымётывание)

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

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

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 (вымётывания). Ячмень цветёт до полного колошения, рожь — через 8-10 дней после.

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

Колос, как правило, цветёт 3-4 дня, метёлка — 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 быстро реагирует на неблагоприятные погодные условия, например, резкое повышение или понижение температуры, засуха, дожди и сильные ветры. При этом происходит неполное опыление, приводящее к частичной озернённости колосьев, метёлок, початков, так называемая череззёрница.

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, тёплая 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 тёплая погода приводят к «стеканию» зерна за счёт гидролиза крахмала и вымыванию водой растворимых 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 делить процесс формирования зерна на три стадии:

• формирование (образование и формирование);
• налив;
• 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 зёрен 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:

• Фаза водянистого состояния — начало образования клеток эндосперма. Сухое вещество составляет 2-3% от максимального его количества, длительность фазы — 6 дней.
• Фаза предмолочная — содержимое зерна водянистой консистенции с молочным оттенком. Содержание сухого вещества — 10%. Продолжительность фазы 6-7 дней.
• Фаза молочного состояния — зерно содержит молокообразную белую жидкость. Сухого вещества накоплено 50% от массы зрелого зерна. Длительность фазы 7-15 дней.
• 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 зелёные, 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:

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

В фазе твёрдой спелости происходят сложные биохимические процессы, 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 жёлтые, листья отмирают, зерно твёрдое, 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.

Удобрение

Рядковое удобрение ускоряет рост вторичной корневой системы зерновых культур, что часто определяет формирование урожая. Так, минеральные удобрения, особенно фосфорные, повышают устойчивость зерновых культур к корневым гнилям и бурой ржавчине.

Действие подкормки определяется применением комплекса приёмов агротехники. Так, при орошении зерновых культур подкормки являются приёмом повышения урожая и улучшения качества зерна. Наибольшее практическое значение имеет поздняя подкормка для повышения белковости зерна и улучшения других показателей качества пшеницы.

Плотность почвы

Для зерновых колосовых культур оптимальная плотность почвы составляет 1100-1300 кг/м³.

Посев

Зерновые культуры обычно высевают рядовым способом. Расстояние между рядками составляет 15 см. В районах, подверженных ветровой эрозии, ширина междурядий составляет 22,8 см. Уменьшение ширины междурядий зерновых культур до 7,5 см позволяет более равномерно распределить семена по площади поля.

Для их посева используют обычные рядовые сеялки, например, СЗ3-6, СЗТ-3,6, СЗС-2,1 и другие.

Зерновые культуры, высаженные с севера на юг, показали урожайность на 0,2-0,3 т/га выше, чем, высаженные с востока на запад, благодаря лучшему освещению в утренние и вечерние часы и взаимного затенения друг другом в полуденные.

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 счёт 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 кущения. 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. Поздняя весна и слабое развитие растений резко снижает эффективность препарата.

Для недопущения 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 стимулированию роста корневой системы.