WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 
s

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

«Под общей редакцией доктора с.-х. наук, профессора, иностранного члена РАСХН Д. Шпаара 3-е издание, доработанное и дополненное ИД ООО «ДЛВ АГРОДЕЛО» Москва УДК 633.1 ББК 42.112 ...»

-- [ Страница 1 ] --

Зерновые культуры

(Выращивание, уборка, доработка и использование)

Учебно-практическое руководство

Под общей редакцией доктора с.-х. наук,

профессора, иностранного члена РАСХН

Д. Шпаара

3-е издание, доработанное и дополненное

ИД ООО «ДЛВ АГРОДЕЛО»

Москва

УДК 633.1

ББК 42.112

З 58

Авторы книги

Христиан Гинапп, Дитер Дрегер, Андрей Захаренко, Светлана Каленская,

Виктор Каленский, Александр Клочков, Юрген Кранц, Георг Крацш,

Норберт Маковски, Бернхард Паллутт, Андрей Постников, Владимир Пыльнев, Виктор Сайко, Сергей Сорока, Андреа Файффер, Юрген Хайнрих, Бернд Хонермайер, Дитер Шпаар, Петер Шуманн, Владимир Щербаков, Франк Эльмер З 58 Д. Шпаар и др. Зерновые культуры (Выращивание, уборка, доработка и использование)/ Под общей редакцией Д. Шпаара. – М.: ИД ООО «DLV АГРОДЕЛО», 2008 – ХХХ с., ISBN 978-5-903209-06-4 В книге излагаются научныо-практические основы возделывания важнейших зерновых культур(биология растений, требования к агроэкологическим условиям, место в севообороте, обработка почвы, использование удобрений, борьба с сорняками, болезнями и вредителями, особенности уборки урожая и его хранения, экономическая оценка рентабельности выращивания культуры, маркетинг, требования у качеству).

Книга предназначена для руководителей и специалистов аграрных предприятий, для фермеров, для преподавателей, аспирантов и студентов высших и средних учебных заведений сельскохозяйственного профиля.

ISBN 978-5-903209-06-4 УДК 633.1 ББК 42.112 Книга и все содержащиеся в ней материалы и иллюстрации защищены Законом РФ «Об авторском праве и смежных правах». Перепечатка и использование материалов без согласования с издательством, за исключением случаев, допустимых по закону, юридически наказуемы.

© DLV АГРОДЕЛО, 2008 Предисловие к третьему изданию Второе издание книги «Зерновые культуры», вышедшее в 2000 году, получил хороший отклик среди читателей. В силу небольшого тиража книга уже стала большой редкостью. Поэтому здесь читателям предлагается новое, актуализированное и дополненное издание этой публикации.

Как и в первых двух, так и в новом издании используются научные достижения и передовой практический опыт в странах ЕС и в России, Украины и Беларуси. Авторы излагают основы высокоэффективного производства зерна. При этом авторы ограничиваются на выращивании пшеницы, ячменя, ржи, тритикале и овса – основы выращивания кукурузы изложены в специальной книге, третье издание которой вышло в 2006 году.

Зная популярность предыдущего издания в качестве учебного пособия, мы для углубления информации по выращиванию зерновых культур в этом выпуске расширили список литературы. Конечно, и без обращения к рекомендуемым первоисточникам книга может быть хорошим практическим пособием. Для более удобного использования книги включен сейчас предметный указатель.

Авторы надеются, что новое издание книги «Зерновых культур» поможет читателям-специалистам реализовать на практике достигнутый в мире агрономический, биологический и технический прогресс при производстве зерна. Более того, мы хотим предоставить преподавателям и студентам средних и высших сельскохозяйственных учебных заведений полезную информацию.

Второе издание этой книги, на котором основано предлагаемое читателям здесь расширенное и доработанное третье издание, было разработано в рамках кооперационного проекта с финанцовой поддержкой Министерства продовольствия, сельского хозяйства и защиты прав потребителей ФРГ, за что авторы выражают министерству свою глубокую благодарность.





Приносим свою благодарность и издательству «АГРОДЕЛО», Москва/ Берлин, за терпеливую работу с авторами при редакции книги, выполнение всех пожеланий, особенно относительно включения рисунков и таблиц, и за хорошее оформление материала.

С уважениемДитер Шпаар

Авторы книги:

Профессор, доктор Христиан Гинапп, директор научного центра по сельскому хозяйству и рыбоводству Земли Мекленбург-Передняя Померания, Гюльцов, Германия Профессор, доктор Дитер Дрегер, ведущий научный сотрудник института иностранного сельского хозяйства, Берлин, Германия Член-корр. РАСХН, профессор, доктор Андрей Захаренко, проректор по науке, профессор кафедры земледелия РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, Москва, Россия Член-корр. УААН, профессор, доктор Светлана Каленская, директор института агротехнологии и качества растительного продукции НАУ, Киев, Украина Профессор, к.с/х наук Виктор Каленский, проректор по международным связям, профессор кафедры агрохимии и качества продукции растениеводства НАУ, Киев, Украина Пофессор, доктор Александр Клочков, проессор кафедры сельхозмашин Белорусской сельскохозяйственной академии, Горки, Беларусь Доктор Юрген Кранц, управляющий общества по содействию аграрной структуры в восточной Европе (ГАСТ-ОСТ), Галле, Германия Профессор, доктор Георг Крацш, бывший профессор по растениеводству в отделе сельское хозяйство специализированной высокой школы Анхальта, Бернбург, Германия Профессор, доктор Норберт Маковски, почетный доктор Университета Ростока и Белорусской сельскохозяйственной академии Горки, бывший руководитель опытной станции Росток-Бисторфа института научного центра по сельскому хозяйству и рыбоводству земли Мекленбург-Передняя Померания, Гюльцов, Росток, Германия Доктор Бернхард Паллутт, ведущий научный сотрудник института стратегии и оценки последствий защиты растений института им. Юлиус Кюна – Федерального исследовтельского института по растениеводства Кведлинбург, Клайнмахнов, Германия Профессор, доктор Андрей Постников, профессор кафедры растениеводства РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, Москва, Россия Профессор, доктор Владимир Пыльнев, декан агрономического факультета, заведующий кафедрой селекции полевых культур РГАУ-МСХА им.

К. А. Тимирязева, Москва, Россия Академик УААН, профессор, доктор Виктор Сайко, директор НЦ «Институт земледелия» УААН, Чабани, Украина Кадидат с/х наук Сергей Сорока, директор НИИ защиты растений научнопрактического центра НАН Беларуси, Прилуки, Беларусь Дипломированный аграрный инженер Андреа Файффер, упавляющая фирмы «Feiffer consult», Зондерсхаузен, Германия Доктор Юрген Хайнрих, ведущий научный сотрудник отдела аграрной экономики и формирования сельских территорй сельскохозяйственного института Университета им. Мартина Лютера Галле-Виттенберг, Галле, Германия Профессор, доктор Бернд Хонермайер, заведующий кафедрой растениеводства института растениеводства и селекции растений Университета им.

Юстуса Либига, Гисен, Германия Профессор, доктор Дитер Шпаар, иностранный член РАСХН, Белорусской академии аграрных наук, Польской академии наук, почетный доктор Университета им. Хумбольдта Берлин, Высшей школы по огоридничеству и плодоводству Будапещ, Белорусской Государственной академии Горки и РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, Москва, консультант по устойчивому сельскому хозяйству в восточной Европе, Берлин, Германия Профессор, доктор Петер Шуманн, почетный доктор Сельскохозяйственного университета Кештай, бывший ведущий научный сотрудник института растениеводства и земледелия научного центра по сельскому хозяйству и рыбоводству земли Мекленбург-Передняя Померания, Гюльцов, Росток, Германия Доктор Владимир Щербаков, редактор, Минск, Беларусь Профессор, доктор Франк Эльмер, директор института растениеводческих наук сельскохозяйственного факультета Унивеситета им. Хумбольдта Берлин, Берлин, Германия.

1 Значение зерна и возделывания зерновых культур

1.1 Значение зерна для человечества Зерно является главным источником производства продуктов питания для человека, кормов для сельскохозяйственных животных, служит сырьем для промышленности и для производства биоэнергии. Зерновые культуры в мире занимают около 35 % пашни. Вследствие многочисленных видов, форм и сортов яровых и озимых зерновых культур выращивание их возможно при разных почвенных и климатических условиях. Поэтому доля зерновых в пашне на легких и тяжелых почвах, а также в условиях аридных и гумидных зон относительно равномерна, хотя урожайность колеблется в довольно большом диапазоне. На долю зерновых в пашне большое влияние оказывают экономические условия.

Потребность в сухой массе и протеине люди по большей части удовлетворяют в первую очередь за счет продуктов из зерна (табл. 1).

–  –  –

Если учитывать, что на нужды животноводства приходится большая часть фуражного зерна, значение зерновых значительно возрастает. Зерно по праву занимает первое место среди источников энергии в питании человека. Оно – главный поставщик протеина, витаминов группы В и минеральных веществ (табл. 3).

В зерне хорошее соотношение между белком и крахмалом (1 : 7), оно хорошо переваривается. Относительно меньше в нем содержится минеральных веществ, особенно кальция.

Та б л и ц а 3 Содержание энергии, питательных веществ, макро- и микроэлементов и витаминов в зерне [562]

–  –  –

базис июнь/июль, кроме риса (календарный год) 2) базис июнь/июль 3) непосредственно на питание человека 4) В связи с дальнейшей урбанизацией в странах (если сегодня 45 % населения живут в городах, их доля в 2020 г. возрастет до 60 %), повышением благосостояния в ряде развивающихся стран структура питания людей изменится.

Возрастает доля мяса в пище, что можно видеть на примере структуры питания Китая (табл. 6).

–  –  –

Зерно легко транспортабельно, требует относительно низких затрат на транспорт и хранение. При влажности зерна не выше 14 % оно долго хранится, а средние годовые потери не превышают 2 … 3 %. Поэтому мировые запасы продуктов питания – это в первую очередь запасы зерна. В зависимости от уровня производства они в отдельные годы сильно различаются.

Мировой баланс зерна в последние годы стабилизировался. Однако из пяти лет три года потребление превышало производство, что сказывалось на мировых запасах зерна (табл. 9). Тенденция идет к снижению запасов (рис. 1)

–  –  –

Развитие производства и запасов зерна в мире (USDA, Toepfer Рис. 1 International) Развитие мировых запасов и соотношения запасов к потреблению зерна в последние 38 лет представлено на рис. 2.

–  –  –

1.2 Производство, посевные площади и урожайность Производство зерна по регионам мира неравномерно. Как видно из табл. 11 самые крупные его производители – Азия, Северная Америка и Европа.

–  –  –

Страны СНГ производили в 1998 – 2001 гг. в среднем по 126,7 млн. т зерна в год, т. е. 5,9 % мирового производства, a в 2004 – 2006 гг. соответственно 150,2 млн. т. и 7,1 %. Структура мирового производства зерна по видам зерновых представлена в табл. 12.

–  –  –

Из табл. 12 видно, что доля зерновых, произрастающих в умеренном климате (пшеницы, ячменя, овса и ржи), в мировом производстве зерна составляет около 40%. Главное место занимает пшеница. Ее возделывание широко распространено по всему миру. Она – главный продукт питания примерно для 35% населения мира и обеспечивает примерно 20 % потребностей населения в энергии. Ее убирают в мире круглый год, как видно на рис. 3.

Выращивание пшеницы в регионах мира и месяцы уборкиРис. 3

Пшеница является одним из главных продуктов мировой торговли. На ее долю приходится примерно половина всего экспорта зерна. Другие зерновые культуры умеренного климата уступают ей по значению, но в отдельных регионах они могут иметь большое значение. Это видно из доли отдельных стран в мировом производстве зерна разных зерновых культур (табл. 13).

Производство и потребление зерна в разных странах и регионах очень дифференцированы, что видно из табл. 14 и 15.

–  –  –

% % % % % % %

–  –  –

Площади под зерновыми в мире составляли в 2004 г. около 670 млн. га пашни. Они уменьшились с 1950 года больше чем на 100 млн. га. Большая часть этого снижения – результат программ изъятия из оборота пашни в США и в Европейском Сообществе, другая часть – следствие роста площадей для промышленности и жилищных построек, а также результаты наводнения и опустынивания. В результате этого снижения при одновременном росте населения мира значительно сократились площади под зерновыми на душу населения (табл. 19).

–  –  –

В зависимости от почвенно-климатических условий зерновые культуры занимают разные площади выращивания по регионам и в главных странахпроизводителях зерна (табл. 21 и 22).

–  –  –

2003 … 2005 1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998

–  –  –

1996 … 1998 2004 … 2006 1996 … 1998 2004 … 2006 1996 … 1998 2004 … 2006 1996 … 1998 2004 … 2006 1996 … 1998

–  –  –

1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998 2003 … 2005 1996 … 1998 2001 … 2003 1996 … 1998

–  –  –

1986 … 1990 1991 … 1995 1994 … 1996 1997 … 1998 1999 … 2001 2002 … 2004 2003 … 2005

–  –  –

1981 … 1985 1986 … 1990 1991 … 1995 1994 … 1996 1997 … 1998 1999 … 2001 2002 … 2004

–  –  –

Дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства (применение высоких доз удобрений, особенно азота, средств защиты растений и регуляторов роста) с одновременным внедрением улучшенных сортов интенсивного типа привела к тому, что в последние десятилетия урожайность зерновых существенно возросла в странах Европейского Сообщества. На примере роста урожайности озимой пшеницы в Германии это развитие наиболее наглядно (рис. 4).

С 1950 по 1979 гг. в Германии дозы азотных удобрений возросли с 25,4 до 102,8 кг/га д. в. Если в 1950 г. из химических средств защиты растений применялось только протравливание, то в 1979 г. применяли до 11 разных мероприятий химической защиты. Благодаря этому, а также произошедшему улучшению сортов, средняя урожайность озимой пшеницы повысилась за период с 1950 по 1979 гг. с 27,3 до 50,2 ц/га (табл. 32).

В последние годы вследствие разных мер регулирования рынка зерновых в Европейском Сообществе и переходом к реализации концепции интегрироРост урожайности озимой пшеницы в зависимости от Рис. 4 технологического прогресса [820]

–  –  –

ванного земледелия степень специфической интенсивности возделывания зерновых немного снизилась, однако урожайность зерновых благодаря комплексному применению достижений науки повысилась (табл. 33).

Наибольший рост урожайности наблюдался у озимой пшеницы и озимого ячменя (табл. 34).

–  –  –

Одновременно с ростом урожайности в Европейском Сообществе вследствие экономического преимущества выращивания зерновых и интенсификации севооборотов произошло повышение доли зерновых в пашне. В результате этого повысилась самообеспеченность этих стран зерном (см. табл. 14).

1.3 Торговля зерном, цены и регулирование рынка Только 14 % мирового производства зерна участвуют в мировой торговле.

Цены на мировом рынке не ориентируются на затраты производства странпроизводителей. Разными мерами поощрения экспорта и экспортными дотациями страны-экспортеры пытаются реализовать излишки зерна на мировом рынке. На цены за зерно на мировом рынке влияют и колебания урожайности, особенно у главных производителей в зависимости от годичных погодных условий, спекуляции на бирже, которые, как правило, наблюдаются во время политических и экономических кризисов, а также колебания курса доллара или спекуляции на колебаниях. Спрос на зерно имеет постоянную тенденцию к росту. В связи с этим и мировые цены, особенно на пшеницу, при значительных временных колебаниях в последние годы имеют однозначную тенденцию к повышению (рис. 5).

Развитие цен пшеницы на мировом рынке в 2000 – 2007 гг. (Reuters, Рис. 5 Toepfer International) Без выравнивающих мер аграрной политики колебания предложений по зерну вели бы к частым колебаниям цен, что отрицательно влияло бы и на производителя, и на потребителя. Важная задача аграрной политики – регулировать и обеспечивать необходимое постоянство цен и объемы сбыта зерна.

В качестве примера приводится система регулирования цен в странах Европейского Сообщества.

Чтобы обеспечить крестьянам достаточные доходы, население продуктами питания, цены на зерно, как и на некоторые другие аграрные продукты в Европейском Сообществе, подлежат европейскому аграрному рыночному порядку. До 1995 … 1996 гг. существовали две цены зерна по Европейскому

Сообществу:

• интервенционная цена. Покупатели зерна, назначенные органами ЕС, обязаны в течение определенного времени покупать предложенное зерно, качество которого соответствует предписанным критериям определенной цены [205]. Интервенционные цены имеются для хлебного зерна, кукурузы, ячменя, сорго, ржи и твердой пшеницы.

Для кормового зерна не существует обязанности его покупать;

• ориентировочные цены. Они существовали до 1995/96 хозяйственного года и являлись ориентировочными для рыночных цен (табл. 35).

К этим ценам добавляют месячные ставки, чтобы снизить финансовые затраты на хранение и стимулировать равномерную реализацию зерна в течение года.

Интервенционные и ориентировочные цены на зерно, экю/т Та б л и ц а 3 5 Год Ориентировочная цена Интервенционная цена 1993/1994 130 117 1994/1995 120 108 1995/1996 110 100

В качестве рыночных инструментов существуют:

Регулирование внешней торговли. Если цена зерна в Сообществе выше цен на зерно на мировом рынке, то можно произвести дотацию при экспорте в соответствии с разницей между ценами ЕС и на мировом рынке. И, наоборот, если цены на мировом рынке выше цен ЕС, то можно производить изъятие.

Для зерна, которое экспортируется в рамках пищевых вспомогательных программ, производится возмещение расходов.

Комиссия ЕС регулирует разными мерами объемы и цены при покупке и продаже зерна при хранении.

На фоне перепроизводства зерна в странах ЕС и связанными с этим финансовым напряжением 21. 05. 1992 г. была проведена аграрная реформа в ЕС. Ее цель – снижение производства зерна и других аграрных продуктов путем снижения и приближения их к ценам на мировом рынке, сокращения площадей посева зерновых и изъятия их из оборота, а также деинтенсификацией (экстенсификацией). Снижение доходов хозяйств возмещают прямыми компенсационными платежами, учитывая посевные площади.

Установленные европейским рыночным порядком цены на зерно (интервенционные цены) снизились. Так как выравнивающие платежи производят по средним в 1969 … 1991 гг. урожаям (5,56 т/га), то снижаются прежде всего доходы лучших хозяйств.

Решением Европейского Совета 24./25. 03. 1999 г. в Берлине принята программа дальнейшей аграрной реформы – Агенда 2000. В рамках этой реформы интервенционные цены приближаются к ценам на мировом рынке.

В противоположность аграрной реформе 1992 г. компенсационные платежи и премии за изъятие площадей из оборота покрывают пониженные доходы от реализации зерновых только частично.

Действующие в последние годы цены, компенсационные платежи и цены по «Агенда 2000» видны в табл. 36.

Платежи за площади (компенсационные), которые получают производители в Европейском Союзе, зависят от средней урожайности зерновых в данном регионе (табл. 37).

Премии за изъятие площадей из оборота хозяйства получают, если они изымут 10% площадей. За эти площади начисляется премия, которая выплачивается в виде компенсационных платежей.

В результате аграрной реформы ЕС с 1992 года снизились интервенционные цены, примерно, на 33 % и приблизились этим к мировым рынкам. По «Агенда 2000» они снижаются еще раз на 15%, причем в два шага: к уборке Цены на зерно и компенсационные платежи в ЕС Та б л и ц а 3 6 [BMELF: Agenda 2000. Bonn 2000]

–  –  –

1994/1995 1995/1996 1996/1997 1998/1999 1999/2000 2000/2001 2001/2002

–  –  –

урожайностью и года с наименьшей урожайностью 58,67 Евро/т, умноженное на региональную среднюю урожайность, умноженное на 1,95583 (курс Евро/ДМ) 2) 63,00 Евро/т, умноженное на региональную среднюю урожайность умноженное на 1,95583 3) 72,50 Евро/т, умноженное на региональную среднюю урожайность умноженное на 1,95583 4) 63,00 Евро/т, умноженное на региональную среднюю урожайность умноженное на 1,95583 5) 2000 и 2001 года по 7,5 %. Для выравнивания снижения интервенционных цен повышаются компенсационные платежи. Но в отличие от реформы 1992 года, когда компенсационные платежи в среднем возместили хозяйствам пониженные доходы, по «Агенда 2000» они возместят их только на половину.

Этим Сообщество реагирует на решение Уругвайского раунда по мировой торговле и на требования созданной с 01. 01. 1995 г., мировой организации по торговле (World Trade Organisation), снизить прямые субсидии на производство сельскохозяйственных продуктов, которые нарушают свободную торговлю и конкуренцию. Тем самым хозяйства подвергаются больше давлению международной конкуренции и ценам на мировом рынке. Это требует от хозяйств-производителей зерна повышения производительности, применения эффективных технологий на основе биологического научнотехнического прогресса и снижения затрат.

Распоряжением Совета ЕС с 29 сентября 2003 года введены единые интервенционные цены на зерно размером 101,31 евро/т. Рожь в список интервенционных культур не включена. К интервенционной цене платят возрастающие месячные добавки с ноября (0,46 евро/т) до июня (3,22 евро/т).

1.4 Направления использования зерна Зерно используется в основном в пищу, на корм скоту и на переработку для непищевых целей. В возрастающей мере его в последние годы используют для производства биоэнергии, особенно кукурузу (рис. 6).

Развитие мирового производства зерна и его основного Рис. 6 использования в 1999 … 2007 гг. (USDA, Toepfer International).

Представление о направлениях его использования дает мировой баланс зерна (табл. 38).

В табл. 38 на примере пшеницы и кукурузы было показано, что направления использования зерна сильно различаются между отдельными видами. Из этого следует, что и цели выращивания зерновых культур разные (табл. 39).

–  –  –

1.4.1 Зерно для продовольственных и пивоваренных целей Для производства муки и мучных изделий используется, прежде всего, пшеница, в значительно меньшем объеме рожь, причем доля продовольственной ржи в последние годы постоянно снижается. Производство овса для пищевых целей незначительно. Требования к качеству зерна для производства пищевых продуктов изложены в разделе 18.

В средней Европе выращивают в основном пивоваренные сорта ярового ячменя, эта тенденция все шире охватывает и возделывание озимого ячменя. Все большее значение приобретает производство ячменного солода для пивоварения (рис. 7). Это соответствует возрастающему производству пива (табл. 41).

–  –  –

1.4.2 Производство крахмала Переработка зерна не для пищевых или кормовых целей (non food) пока незначительна. Больше всего его используют для получения крахмала.

Несмотря на многообразие видов растений, которые могут быть источником для производства крахмала, в мире при его производстве используют только несколько основных видов растений. Так из мирового объема производства крахмала, составляющего около 38 млн. т, больше 80 % производятся из кукурузы и зерна (табл. 42).

Доля разных культур, служащих сырьем для производства крахмала в мире Та б л и ц а 4 2

–  –  –

В 2003 году производство крахмала составляло в Германии, например, 1394,8 тыс. т, из которых 764,8 тыс. т (т. е. 31,7 %) были произведены из зерна (без кукурузы), при этом производство крахмала в ЕС-15 в целом составило 7,3 млн. т. Из произведенного в Германии крахмала в 2003 году 331,6 тыс. т были направлены на пищевые цели, а остальные 433,2 тыс. т – на технические цели. В 90-е годы в ЕС-25 работало всего 123 завода по производству крахмала, на 20 из которых крахмал производился из пшеницы.

Структура амилозы (А) и амилопектина (Б).Рис. 8

Крахмал состоит из двух разных форм: амилозы и амилопектина. Амилоза является коротким, неразветвленным -1,2-глюкозным соединением, без «сшитой» структуры и состоит из 50 … 350 остатков глюкозы (рис. 8 А).

Она растворяется в горячей воде, не образует клейстера. При соприкосновении с йодом она окрашивается в синий цвет. Амилопектин состоит из 600 … 6000 остатков глюкозы, образующих 1,6 и 1,4-глюкозидно разветвленные цепи со сшитой структурой (рис. 8 Б ). Он не растворяется в воде и образует клейстер. При окрашивании йодом он приобретает цвет от красного до фиолетового.

Молекулы амилозы и амилопектина находятся в крахмале разных зерновых в разном соотношении, причем большинство крахмалов содержат 20 – 30 % амилозы. (табл. 43). Специальные гибриды амило-кукурузы содержат 50 – 80 %.

Размер и форма зерен крахмала различаются у разных видов зерновых (рис. 9 и табл. 44.).

–  –  –

Большую перспективу имеет использование крахмала для производства биологически разлагающихся полимеров или биопластмассы при замене изделий нефтехимического происхождения. Эта замена имеет тем большее значение, чем более значительные количества нефти и газа применяются для производства синтетических материалов со всеми отрицательными последствиями. В 2000 году использовались 180 млн. т пластмассы на основе полиэтилена, полистирола, полипропилена и поливинилхлорида, к 2010 году ожидают рост до 260 млн. т. Только для производства упаковочных материалов потребуются 25 % пластмассы.

Возрастающее значение имеют полимолочные кислоты (РLA = poly lactic acids). Они имеют благодаря своему многообразию большие перспективы в производстве биопластмасс.

Молочная кислота возникает после засахаривания крахмала или из сахара (глюкозы) ферментацией с помощью молочнокислых бактерий (виды родов Streptococcus, Leuconostoc и Lactobacillus) по формуле:

С6Н12О6 – – 2 СН3–СНОН–СООН

– Глюкоза Молочная кислота Мономерная молочная кислота встречается в двух изомерах: D- и L-формах. В зависимости от соединения при полимеризации получают продукты с разными свойствами. Биологическая разлагаемость в зависимости от состава колебается в большой мере. В то время как чистому L-полилактиду для этого требуется много лет, полигликолиду (кополимер из РLА и гликолевой кислоты) несколько месяцев, полилактид из D- и L-форм разлагается уже через несколько недель. Эффективность производства зависит в большой мере от чистоты молочной кислоты. Слабое место продуктов из РLА – пока низкая точка размягчения при 60 °С. Самая крупная производственное сооружение для производства РLА с 140 000 т годичного производства работает с 2002 г. в США.

100 000 т PLA-биопластмассы соответствуют количеству пшеницы 240 000 т, для чего требуется при урожайности 48 ц – 50 000 га, т. е. на 1 га растет сырье для 2 т РLА-пластмассы. В таблице 46 приведены примеры изделий из биологически разлагающихся материалов.

Примеры изделий из биологически разлагающихся материалов.Та б л и ц а 4 6

Область применения Примеры продуктов Сельское хозяйство Пленки для укрытия, горшки для рассады, мешки Медицинская техника Имплантаты, материалы для операций, хирургические нити, капсулы Упаковка и посуда Пленки, сетки и кульки, бутылки, стаканы, тарелки, чашки, столовые приборы (вилки, ножи, и т.п.) Шансы продуктов из крахмала на рынке в большой мере зависят от экономической конкурентоспособности к продуктам из нефти и газа.

Производство крахмала из кукурузы и пшеницы экологически из-за почти замкнутого кругооборота воды относительно нейтрально.

В таблице 47 приводится сравнение экологических показателей при выращивании пшеницы и кукурузы с другими культурами для производства крахмала.

Сравнение экологических показателей при выращивании разных Та б л и ц а 4 7 культур для производства крахмала Показатель Горох, мозго- Кукуруза Озимая Картофель вой пшеница Монокультура нет да нет нет Концентрация выращи- да нет нет да вания в близости от завода Потребность в площади, 1 0,2 0,26 0,14 га / т крахмала Длительность укрытия средняя короткая высокая короткая почвы Риск эрозии средний очень высокий низкий очень высокий Потребность в азоте, кг 80 170 180 170 N / га (нормативный) Потребность в мерах за- высокая средняя высокая высокая щиты растений Опасность переуплотне- низкая средняя низкая высокая ния почвы и подпочвы Потребность в сушке высокая высокая низкая нет Возможность хранения без ограниче- без ограниче- без ограниче- ограничена ния ния ния Связанное с транспор- низкое низкое низкое значительно том отрицательное влияние на внешнюю среду Ценность в кач-ве пред- высокая низкая низкая средняя шественника В противоположность к производсту зерна для хлебопекарных целей, у которого потребительская ценность определяется однозначно содержанием протеина, у зерна для производства крахмала решающее значение имеет урожайность и содержание крахмала в зерне. Высокое содержание протеина и клейковины не только не требуется, но оно, наоборот, снижает содержание крахмала. Положительная звисимость существует между содержанием крахмала и хорошей выполненностью зерен, т. е. масса тысячи зерен (МТЗ) и хорошая натура (кг/гл). В Германии перерабатывающей промышленностью требуются по крайней мере 80 % содержание крахмала в СМ = 69 % в муке грубого помола.

Требования к свойствам зерна как сырья для производства крахмала зависят в большой мере от технологий его производства, которые в последние годы изменились. Раньше производсто крахмала из пшеницы по технологии Мартина было основано на том, что крахмал вымывался из теста, которое готовилось из пшеничной муки. Мука должна была отличаться хорошими тестообразующимим свойствами, а пшеница хорошими хлебопекарными свойствами. В настоящее время применяют технологию декантации, при которой из водо-мучнистой суспенсии (slurry) в центрифуге выделяют по их плотностям компоненты крахмала, клейковину и пентосаны. Поэтому требуется мука, которая по этой технологии экономически выгодно разделяется на крахмал и клейковину, т. е. мука с хорошими технологическими свойствами. Сюда относится и быстрая агломерация протеина в клейковину или в глютен.

У пшеницы применяется и технология сухой химической модификации муки без предварительной изоляции крахмала. Эта технология пригодна и для ржи, тритикале и ячменя.

Между зерновыми культурами имеются значительные различия в содержании крахмала (табл. 48). Содержание уменьшается при оптимальных условиях для выращивания пшеницы в порядке: пшеница тритикале рожь ячмень. Но на этот порядок влияют условия выращивания.

Так, на более слабых почвах соотношение может быть иным, как показывает опыт в северной Германии (табл. 49).

–  –  –

Сорта пшеницы обычно классифицируют по их хлебопекарным свойствам, причем сорта с высокими хлебопекарными свойствами отличаются высоким содержанием протеина и низким содержанием крахмала, как видно в таблице 50, в которой представлены результаты сортоиспытания в федеральной земле Саксония-Ангальт (Германия).

–  –  –

Между урожайностью сортов и содержанием крахмала существует тесная положительная зависимость. Между сортами существуют и довольно устойчивые различия по распределению размеров крахмальных зерен (соотношение между А- и Б-крахмалом, причем А-крахмал имеет диаметр зерен крахмала 10 µм).

У ржи не имеется классификации по хлебопекарным качествам. Как правило, и у нее существует тесная положительная зависимость между урожайностью и содержанием крахмала. Высокоурожайные сорта, в т. ч. и гибриды, имеют, как правило, и более высокое содержания крахмала.

Тритикале и рожь из-за недостаточной способности к образованию глутена не пригодны для производства крахмала по выше названным технологиям производства крахмала из пшеницы.

Для производства богатого крахмалом сырья, которое используется для получения дериватов крахмала и спирта, целесообразна более низкая степень интенсивности, так как при таких условиях содержание крахмала в зерне выше, а затраты на получение единицы крахмала ниже. Особенности выращивания зерновых для производства крахмала излагаются в соответствующих разделах.

1.4.3 Производство этанола и использование зерновых для энергетических целей.

Если производство спирта из зерна в сельском хозхяйстве и в пищевой промышленности на основе алкогольного брожения (ферментация) по формуле:

С6Н12О6 – – 2 С2Н5ОН + 2 СО2,

– Этанол Двуокись углерода Глюкоза имеет старые традиции, то производство биоэтанола как энергоносителя для замены топлива из ископаемых источников в Европе стало развиваться только в последние годы. Если биодизелем и растительными маслами можно заменить дизельное топливо, то биоэтанолом заменяется бензин для двигателей с искровым зажиганием.

Производство биоэтанола в мире с 1975 года постоянно возрастало (рис. 10).

Мировое производство этанола в 1975 – 2005 гг. (Earth Trends Update Рис. 10 March 2007, по данным Earth policy Institute, 2006).

В 2005 г. в мире производили около 45 млн. тонн биоэтанола, из него около 70 % в Северной и Южной Америке, 20 % в Азии и около 7 % в Европе (рис. 11).

Ведущие пять стран-производителей биоэтанола в мире приведены в табл. 51.

Из таблицы 51 видно, что в качестве растительного сырья для производства биоэтанола на первом месте в мире стоит сахарный тростник. В то время как сахаристое сырье (сахарный тростник и сахарная свекла) играет в мировом масштабе лидирующую роль (около 60 % этанола производится на основе этих культур и только 30 % на основе зерна, прежде всего кукурузы), в Мировое производство биоэтанола в 2000 … 2007 гг. (USDA, Toepfer Рис. 11 International)

–  –  –

Средней Европе при производстве биоэтанола ориентируются в основном на кукурузу на зерно, пшеницу, тритикале, рожь и сахарную свеклу. Несмотря на высокий выход этанола из картофеля, из-за высоких затрат на производство картофеля он для производства биоэтанола в ЕС не используется.

Развитие использования зерновых для производства биоэтанола для энергетических целей в последние восемь лет в мире видно на рисунке 12.

По Европейским нормам для горючего разрешается добавка до 5 объемых % биоэтанола к бензину (Отто-топливо) или до 15 % ЕТВЕ в качестве присадки (ЕТВЕ = третичный этил-бутил-эфир), чем заменяется минеральная присадка МТВЕ (МТВЕ = третичный метил-бутил-эфир), которая имеет вредРазвитие использования зерновых для производства биоэтанола Рис. 12 для энергетических целей в последние восемь лет в мире (USDA, Toepfer International).

ные для здоровья человека свойства. Он применяется для повышения октанового числа и как антидетонатор.

Самым крупным производителем биоэтанола в ЕС является Испания, где его получают, прежде всего, из зерновых культур. Второе место занимает Франция, где его производят, прежде всего, из сахарной свеклы. В последние годы созданы и планируются мощности для производства биоэтанола в разных странах ЕС, прежде всего из зерновых культур. В Германии имеются в настоящее время мощности для производства 869 тыс. м3 биоэтанола в год, в т. ч. и на трех в последние годы построенных крупных заводах (общая мощность 590 тыс. т биоэтанола в год, при переработке 1,6 млн. т зерна). В эксплуатации находятся два завода, в стадии планирования – 10 заводов. В России (Волгоградская область) планируют завод для переработки 900 тыс. т кормовой пшеницы с выходом 300 тыс. т. биоэтанола.

Выход этанола при использовании разных видов биомассы сильно различается (табл. 52).

Выход биотоплива при производстве биоэтанола выше, чем при производстве биодизеля из рапса или рапсового масла: он составляет у рапсового масла и биодизеля 1300 л/га, у биоэтанола из зерна – 2000 – 2800 л/га, что соответствует эквивалентам к дизелю и бензину 1254, 1183 и 1320 – 1851 л / га соответственно.

В то время, как необходимое осахаривание крахмала не представляет проблемой, этот процесс у целлюлозы – хотя принципиально возможен – пока Выход этанола из разных видов биомассы (281) Та б л и ц а 5 2

–  –  –

в большом техническом масштабе из-за больших технических затрат еще непрактикабелен.

Как побочный продукт при производстве биоэтанола из зерна получается ценный протеиновый корм в виде барды (рис. 13). Ее использование имеет Схема производства этанола и сухой барды из пшеницы Рис. 13 большое влияние на экономическую эффективность производства биоэтанола. Составные вещества, кормовая ценность и сохраняемость в сильной мере зависят от используемого субстрата и от технологии. В Германии готовят сушенную барду с содержанием протеина 30 % и прессованную барду с содержанием протеина 20 % и около 35 % СМ. Последний продукт является нестабильным и его следует быстро скормить или законсервировать, например, силосованием в рукавах с добавлением консервирующих веществ.

Производство барды требует больших затрат энергии.

Баланс энергии при производстве биоэтанола можно улучшить c помощью современных технологий. Если при традиционных технологиях выходу 1 МДж в форме биоэтанола противостоит 1 МДж ископаемой энергии, то в современной дистиляционной и сушильной технике на крупных заводах ( 100 тыс.

т этанола/год) можно улучшить соотношение выход/вход (output:

input) до 1,6 : 1, что является приростом выхода энергии на 60 %. При комбинации производства биоэтанола с производством биогаза можно и в более мелких установках в сельскохояйственных предприятиях ( 10 млн. л биоэтанола) предоставить при затрате 1 МДж ископаемой энергии 2,5 МДж энергии в форме этанола, электрического тока и теплоты, при добавочном использовании соломы соотношение выход/вход можно даже повысить до 3,47 : 1.

В старых установках экологический баланс положителен не на всех этапах.

Возможному сокращению эмиссии газов с тепличным эффектом (СО2-эквиваленты) противостоит увеличение выброса газов с окисляющим эффектом (SО2-эквиваленты). Но новые исследования показывают, что в современных сооружениях, а также при комбинации производства биоэтанола с производством биогаза, экологический баланс положителен.

Данные в литературе об энергетической эффективности производства биоэтанола и его роли при сокращении эмиссии газов с тепличным эффектом (СО2-эквиваленты) очень расходятся, особенно из-за разной оценки побочных продуктов и технологий в сельскохозяйственном производстве, переработкe и транспортировке. Данные о выходе энергии колеблются от 4,3 до 26,4 МДж/л этанола, чаще всего исходят из калорийности порядка 8 –15 МДж/л этанола. Относительно снижения выброса газов с тепличным эффектом данные колеблются от 0,5 кг СО2-эквивалента при производстве биоэтанола из пшеницы до 2,24 кг СО2-эквивалента при производстве биоэтанола из сахарного тростника в Бразилии.

Благодаря своему быстрому биологическому разложению биоэтанол не представляет опасности для почвы, поверхностных и грунтовых вод. Эмиссия СО2 при использовании биоэтанола снижается на 30 – 70 % по сравнению с бензиновым эквивалентом.

С одной стороны, биоэтанол имеет свойства, которые улучшают бензин.

Благодаря более высокому октановому числу, он снижает термическую и механическую нагрузки на двигатель. С другой стороны, следует учесть, что он имеет на треть более низкое содержание энергии, чем бензин. Одним литром биоэтанола можно заменить только около 0,66 л бензина. Кроме этого его прибавление к бензину повышает давление пара. Этому надо особенно летом противодействовать подходящими мерами.

В то время как при использовании кукурузы для производства биоэтанола сортовой спектр и технологии возделывания не отличаются от выращивания для производства крахмала, у других зерновых культур следует учесть еще дополнительные моменты.

Основными критериями для пригодности сортов зерновых для производства биоэтанола являются:

• высокая урожайность культуры и сорта, а также их пригодность для выращивания при данных условиях;

• высокая урожайность и содержание крахмала в зерне, и этим выход биоэтанола.

Так как прямое определение выхода этанола требует больших затрат, основным ориентиром является содержание крахмала.

Высокое содержание протеина и клейковины не только не требуется, но оно, наоборот, снижает содержание крахмала и выход биоэтанола. Эта отрицательная зависимость особенно сильно выражена у пшеницы, слабо или совсем не выражена у тритикале и ржи. Так как пригодность зерна для производства этанола определяется в первую очередь высоким содержанием крахмала – сорта с высоким содержанием крахмала, условия места выращивания и все агротехнические мероприятия, способствующие высокому выходу крахмала, обеспечивают высокий выход биоэтанола. Положительно взаимосвязана с содержанием крахмала хорошая выполненность зерен, т. е.

масса тысячи зерен (МТЗ) и высокая натура (кг/гл).

Испытания сортиментов пшеницы, тритикале и ржи относительно содержания и урожайности крахмала и пригодности для производства биоэтанола показали, что на почвах, пригодных для выращивания пшеницы, она отличалась наивысшим содержанием крахмала при значительных сортовых различиях, которые достигали до 5 %. Еще большие различия наблюдались по урожайности крахмала.

В сортиментах тритикале, как и у ржи, по содержанию крахмала почти нет различий между сортами. Содержание крахмала у тритикале ниже, чем у пшеницы, но выше, чем у ржи. Урожайность крахмала определяется в первую очередь урожайностью зерна при данных местных условиях. Все агротехнические меропричтия, направленные на высокую урожайность, обеспечивают и высокий урожай крахмала.

Несмотря на более низкую урожайность крахмала рожь во многих регионах является не только выгодной, но и единственной культурой для производства биоэтанола. Она отличается

• меньшими затратами на удобрения и средства защиты растений при выращивании;

• высокими устойчивыми сборами крахмала;

• относительно низкими колебаниями качества и содержания крахмала, так как наполнение зерна (МТЗ) менее зависит от почвенной влаги, чем у других видов;

• наивысшим выходом биоэтанола на 1 % содержания крахмала (табл. 53) и

• меньшим поражением колосковыми фузариозами.

–  –  –

При менее выгодных условиях выращивания рожь превосходит все другие зерновые по выходу биоэтанола на гектар.

Причины для более высокого выхода биоэтанола пока не ясны, но очевидно на него влияют свойства зерен крахмала и эндосперма. Недостаток производства этанола изо ржи состоит в том, что оно немного дороже, так как необходимо добавлять снижающие вязкость энзимы для предотвращения ослизнения в процессе конверсии. Кроме того, требуется больше пара. Так как заводы по производству, как правило, платят по содержанию крахмала, все агротехнические мероприятия должны быть направлены на достижение высокого содержания и сбора крахмала. Так, например, завод BioEnergie GmbH & Co.KG (NBE) в городе Шведт (Федеральная земля Бранденбург, Германия), который перерабатывает за год 550 000 т ржи, заключил за 2006 г. договоры, которые предусматривают при содержании 15% влаги, содержании 55 % крахмала и максимум 0,1 % пораженности спорыньей (Claviceps purpurea) оплату в размере 85 Евро/т. При более высоком содержании выплачивается надбавка, при более низком цена снижается. Другие заводы требуют по крайней мере 57 % содержания крахмала при влажности 14 %.

В настоящее время содержание крахмала считают основным показателем пригодности для производства биоэтанола. Но, без сомнения, влияние на выход биоэтанола имеют и свойства крахмала, его структура и свойства всего эндосперма. Так, например, зерна с мягкой структурой эндосперма у разных генотипов требуют меньше энергии для размельчения и воды для набухания. Такие анализы сортиментов очень трудоемки и являются важным аспектом исследований сырья.

Однако этих показателей еще недостаточно для характеристики качества зерна для производства биоэтанола. Специальное испытание сортов английского сортимента пшеницы на выход биоэтанола показало значительные различия этого показателя (рис. 14).

Особенно отличается не только высокой урожайностью, но и выходом биоэтанола сорт Glasgow. Свои положительные свойства он потвердил и при испытании в других странах ЕС.

Средние урожайности (ц/га) и выход биоэтанола (л/т СМ) у сортов Рис. 14 озимой пшеницы (средние данные испытаний в 2002 – 2005 гг. в 6 местностях Англии)

К зерну для производства биоэтанола предъявляются следующие требования:

• низкая поражаемость пшеницы и тритикале фузариозными болезнями (Fusarium spp.) для снижения риска загрязнения микотоксинами и спорыньей (Claviceps purpurea Fr.: Fr.). Как отмечалось выше, это требование вытекает из того, что барда, возникающая как побочный продукт при производстве биоэтанола, продается как ценный белковый корм.

• хорошая выполненность зерен, т. е. большая масса тысячи зерен (МТЗ) и высокая натура (кг/гл). В Германии перерабатывающая промышленность требует, например, натуры 72 кг/гл. Поэтому все меры агротехники надо направить на то, чтобы достичь при возможно низком содержании протеина высокой урожайности хорошо выполненного зерна. Кроме выбора правильного сорта влияние имеет сдержанное внесение азотистого удобрения (см. разд. 8).Меры защиты от болезней и вредителей требуются в таком же объеме, как и при производстве высококачественного продовольственного и кормового зерна. Только здоровые листья и колосья обеспечивают полный налив. При внесении фунгицидов используют ту же стратегию, что и при производстве качественного зерна.

• число падения по Hagberg не играет такой роли, как при производстве качественного зерна для продовольствия. Так как - и -амилазы требуются для осахаривания крахмала, в партиях с высоким содержанием этих энзимов, т. е. с сортами с низким числом падения по Hagberg, требуется меньшая добавка энзимов, что снижает затраты на производство биоэтанола. Но это отнюдь не значит, что проросшие зерна имеют высокую ценность для переработки на биоэтанол. В таких зернах часть крахмала уже расщеплена и затрачена, так что выход спирта значительно понижен. Так как в процессе производства добавляются одинаковые дозы энзимов, могут возникать технологические проблемы.

Пока единых требований к качеству зерна для переработки на биоэтанол нет. В качестве примера приводятся требования промышленности к качеству зерна для переработки на биоэтанол фирмы Mitteldeutsche Bioenergie GmbH в Германии (табл. 54).

–  –  –

Энергопроизводственное использование зерна является привлекательной перспективой для хозяйств, т. к. при существующих экономических рамочных условиях и системе дотаций это приносит выгоду. Но насколько эти направления производства окажутся рентабельными, а новые источники энергии конкурентоспособными на рынке, когда дотаций не станет, в большой мере зависит от будущего развития цен на нефть и газ.

Дальнейшее развитие производства и использования биоэтанола в Европе также в сильной мере зависит от конкурентоспособности производства отдельных продуктов и развития цен на мировом рынке, не только для бензина, но и для биоэтанола. Сравнение потребительских цен на импортированный биоэтанол в 2001 и 2002 гг. в Германии и затраты на производство биоэтанола из разных культур внутри страны показывает эту проблему (рис. 15).

Многое зависит в будущем от ценовой и налоговой политики стран и создания соответствующих рамочных условий. В Германии требуется, например, в 2007 г. по закону примешивание биоэтанола в размере 1,2 % (энергетически), 2008 – 2,0, 2009 – 2,8, а с 2010 г. – 3,6 % к бензину. Производство биоэтанола из колосовых зерновых не может конкурировать с биоэтанолом из Бразилии, произведенным из сахарного тростника. При выходе 6 000 л биоэтанола / га тростника и стоимости 20 – 25 центов/л его цена на Европейском рынке составляла в 2002 г. включая транспортные расходы и импортные пошлины менее 40 центов.

Существует опасность, что большое расширение производства биоэтанола повышает цены на кукурузу и пшеницу на мировом рынке и отрицательно влияет на обеспечение населения продовольствием.

Применение зерна (пшеницы) непосредственно для отопления, хотя и находит применение, но по эффективности уступает другим формам. В Германии Потребительские цены на импортированный биоэтанол в 2001 и 2002 гг.

Рис. 15 в Германии и затраты на производство биоэтанола из разных культур в Германии ( по данным университета Хоэнхайм, г. Штуттгарт) оно из-за загрязнения внешней среды разрешается только при внутрихозяйственном использовании в специальных печках. Как и при использовании зерна для производства биоэнергии здесь также существуют сомнения морально-этического характера.

Используют и целые растения зерновых в качестве сырья для коферментации при производстве биогаза для отопления и производства электроэнергии.

Но для этих целей более эффективно использовать силосную кукурузу.

1.4.4 Использование зерновых для кормления животных 1.4.4.1 Зерно Помимо возрастающего и использования зерна в качестве технического и энергетического сырья важным направлением использования зерновых в высокоразвитых странах Европы продолжает оставаться использование зерна для кормления животных, что видно на примере Германии из таблицы 55.

Использование зерна в пищу, на корм и не для пищевых целей в Та б л и ц а 5 5 Германии в 2003/2004 хозяйственном году [395]

–  –  –

Структурные формулы незаменимых аминокислот, имеющих Рис. 16 значение при кормлении животных с однокамерным желудком 1 – лизин; 2 – метионин; 3 – цистеин и цистин; 4 – аргинин; 5 – треонин; 6 – изолейцин; 7 – валин;

8 – лейцин; 9 – триптофан; 10 – гистидин; 11 – фенилаланин.

Та б л и ц а 5 6 Содержание аминокислот в зерне разных видов зерновых (407)

–  –  –

(прежде всего арабиноксиланы) и Р-глюканы, а также целлюлозы (Р-(1-4)глюканы). Их содержание в зерне зависит и от вида, генотипа, и от условий выращивания.

Содержание пентозанов в зерне ржи выше, чем в зерне пшеницы и тритикале. В то время как высокое содержание пентозанов у ржи и пшеницы улучшает их хлебопекарные свойства, они снижают их кормовую ценность для животных. У ячменя антинутритивное действие прежде всего обусловлено Р-глюканами. Содержание этих антинутритивных веществ ограничивает количество включения их в рационы, что следует учитывать при скармливании ржи свиньям и птице. Добавлением специальных энзимных препаратов в корм можно снизить их отрицательное действие.

Содержание крахмала характеризует энергетическую кормовую ценность зерна разных видов зерновых культур (рис. 18.).

Кормовая ценность разных видов зерна, продуктов его переработки и побочных продуктов для жвачных и для свиней приведена в табл. 58 и 59.

Энергетическая кормовая ценность зерна для свиней и птицы (623) Рис. 18 Та б л и ц а 5 8 Кормовая ценность зерна и продуктов переработки для жвачных [420]

–  –  –

Кормовая ценность зерносенажа зависит от качества силосуемой массы, которая определяется видом, сортом, использованием стабилизаторов роста, высотой стебля при уборке. Выбором последней можно независимо от вида зерновых повысить кормовую ценность зерносенажа. Самая высокая кормовая ценность получается при приготовлении зерносенажа из колосьев и метелок, когда убирают только верхнюю треть растений в фазе восковой спелости. В таблице 61 приводятся данные о кормовой ценности зерносенажа из разных зерновых в конце молочной спелости.

–  –  –

Овес убирают в фазах восковой – начале полной спелости, другие виды зерновых – в конце молочной спелости. Более поздняя уборка овса возможна потому, что стебель его позже отмирает, чем у других зерновых, а зерна и при высокой спелости хорошо перевариваются КРС без измельчения, что не характерно для других зерновых (табл. 62), поэтому их необходимо убирать раньше, когда содержание СМ в колосе 40 … 45%, но не выше 50%.

–  –  –

С/БЕ-частное (соотношение содержания сахаров в г/кг СМ к буферной емкости в г молочной кислоты, требуемых для брожения 1 кг СМ) у овса очень низкое, так что для получения силоса, свободного от масляной кислоты, овсяную массу лучше немного провяливать. Так как зерновые культуры в фазе молочно-восковой спелости не содержат нитратов, которые необходимы для успешного брожения, у них, несмотря на высокое содержание СМ, может происходить маслянокислое брожение. Чтобы противодействовать этому добавляют молочнокислые бактерии или силосующие препараты, которые содержат нитраты или нитриты. При силосовании смеси из ячменя и злаковых, подсеянных под ячмень, этого делать не надо, так как долей злаков повышается не только содержание сахара, но и нитратов.

1.5 Экономическое значение выращивания зерновых для сельскохозяйственных предприятий.

Как у любого предприятия в рыночных условиях цель хозяйствования сельскохозяйственных предприятий состоит в получении максимально возможной прибыли. Этой цели подчиняется и производство зерна.

Зерновые выращивают почти во всех почвенно-климатических зонах и во всех системах сельскохозяйственного землепользования (рис. 19).

Отсюда вытекает и разнообразие конкретных технологических подходов.

Но они все должны отвечать требованиям по устойчивому сельскохозяйственному землепользованию, которые заключаются в следующем:

• обработка почвы только с учетом погодных условий и с адаптацией к месту выращивания;

Землепользование в зависимости от природных условий Рис. 19 местоположения и его экологической устойчивости.

• сохранение или улучшение структуры почвы;

• предупреждение переуплотнения почвы, особенно с учетом вида почвы и влажности почвы при всех мероприятиях, и снижение специфического давления сельскохозяйственных машин и орудий;

• предотвращение эрозии почвы путем адаптации землепользования к данной местности, особенно с учетом рельефа, водных и ветровых условий и покрытия почвы;

• сохранение и улучшение биологической активности почвы, в частности, путем выбора севооборота, внесения органических удобрений и обработки почвы;

• воспроизводство содержания гумуса, типичного для условий местности, в частности, путем внесения органических удобрений и снижения интенсивности обработки почвы;

• обеспечение содержания питательных элементов в почве путем внесения минеральных и органических удобрений до оптимума, установленного для данного вида почвы, и подкормки, компенсирующей вынос питательных веществ.

Этим требованиям больше всего соответствуют системы землепользования по типу интегрированного земледелия, которые соблюдаются в странах ЕС, или стратегии адаптивной интенсификации сельского хозяйства (ландшафтно-адаптивного земледелия), преследуемые в России, а также системы экологического земледелия (см. разд. 14).

Общими предпосылками для экономически и экологически устойчивого производства сельскохозяйственных продуктов, в т. ч.

и зерна, в сельскохозяйственных предприятиях являются:

• Повышение уровня менеджмента и предпринимательской самостоятельности среди руководителей и специалистов в хозяйствах;

• Развитие предпринимательства и повышение экономической заинтересованности хозяйств в высоких экономических результатах;

• Использование всех экономических эффектов концентрации, специализации и комбинации отраслей, а также горизонтальной и вертикальной интеграции предприятий;

• Обеспечение доступа хозяйств к современным машинам и оборудованию, минеральным удобрениям и средствам защиты растений и к научно-техническому прогрессу в целом;

• Научно-техническое обслуживание хозяйств и сельскохозяйственных предприятий сетью частных и государственных научно-производственных учреждений.

Выращивание зерновых в большинстве сельскохозяйственных предприятии при всех системах сельскохозяйственного землепользования занимает хотя и разную, но, как правило, значительную долю пашни (от 30 … 75 % и более). Во многих хозяйствах оно занимает центральное место в использовании пашни.

Причинами этого являются, прежде всего, следующие факторы:

• разные направления использования зерна в народном хозяйстве и различные возможности его сбыта на рынке;

• высокая конкурентоспособность при использовании факторов производства и высокая приспособленность отдельных видов зерновых к выращиванию при разных почвенно-климатических условиях;

• выращивание зерновых больше других культур выиграло от селекционного и технологического прогресса, что выражается в относительно устойчивой и высокой урожайности, высоком качестве и возрастающей устойчивости к болезням и вредителям;

• урожайность зерновых по сравнению с другими культурами довольно высока, в отдельных регионах в настоящее время уже получают до 100 ц/га пшеницы или озимого ячменя.

Причем на этом генетический потенциал еще не исчерпан, при соответствующей структуре зернового клина урожайность от удовлетворительного до хорошего уровня можно получить при сравнительно невысоких затратах труда;

• зерно можно с высокой эффективностью использовать в кормлении сельскохозяйственных животных. Производство зерна на корм внутри самого хозяйства часто более выгодно, чем приобретение кормов на стороне;

• все виды зерновых можно выращивать, используя одну систему машин, благодаря чему постоянные издержки остаются на сравнительно низком уровне;

• благодаря внедрению НТП при производстве зерновых уже не применяется ручной труд, все процессы здесь механизированы, а производительность труда выше, чем при выращивании других культур (табл. 64). Вследствие этого затраты на оплату работников относительно низки.

Производительность труда при производстве зерна пшеницы Та б л и ц а 6 4

–  –  –

ний и др.) и закупочными ценами. Из этого следует, что оптимальные технологии в разных почвенно-климатических регионах возделывания зерновых и при разных макроэкономических условиях различны. Чем ниже потенциально возможная урожайность и закупочные цены, тем меньше окупаются специфические затраты. Наоборот, чем выше потенциальная урожайность в данной местности и закупочные цены и чем ниже цены на средства производства, тем лучше окупаются затраты при интенсивной технологии возделывания той или иной культуры. На рис. 22 представлены разные уровни интенсивности и их связь с урожайностью, затратами и доходами.

Связь между урожайностью, затратами и доходами [280]Рис. 22

Решающее влияние на экономическую эффективность имеет урожайность.

С возрастающей урожайностью снижаются постоянные и переменные издержки на единицу произведенного зерна (рис. 23).

На рис. 23 линия реализуемой цены (11 евро/ц) в точке пересечения с кривой полных издержек показывает уровень погашения полных издержек. Это Зависимость затрат на производство 1 центнера зерна от уровня Рис. 23 урожайности на примере одного из регионов Германии [130]: СПоИ

– средние полные издержки; СПеИ – средние переменные издержки, ТПИ – точка погашения издержек (см. главу 17) происходит при урожайности 75 ц/га, таким образом, прибыльное производство зерна в условиях данного примера возможно только при урожайности выше этой пороговой величины.

В конкретных местных условиях урожайность зерновых зависит от генетического потенциала сортов и почвенно-климатических условий, а также от специфической интенсивности. Решающее значение имеет при оптимальном обеспечении другими питательными элементами внесение азотных минеральных и органических удобрений. Возрастающие дозы их внесения способствуют росту урожайности до уровня предельных величин (близких к производственной функции Либиха), которые с определенного уровня снижаются. Следовательно, целью при определении уровня внесения азотного удобрения должна быть максимальная реализация потенциала урожайности, имеющегося в данной местности. При меньшем внесении азотных удобрений при оптимальных условиях в данной местности не исчерпывается потенциальная урожайность. Достигаемые чистые доходы за счет внесения азотных удобрений зависят от цен на азотные удобрения и от цен реализации продукции. В зависимости от цены реализации зерна, интенсивности защиты растений и сорта (устойчивость и качество) оптимальные значения для азотного удобрения даже в одних и тех же почвенно-климатических условиях сильно различаются.

Оптимальная интенсивность защиты растений также сильно зависит от сортовых свойств (устойчивость к болезням, полегание, качество зерна).

Поэтому экономический оптимум часто расходится с максимумом урожайности зерна. На рис. 24 представлены предельные издержки и оптимальная степень специфической интенсивности у озимой пшеницы в зависимости от цены реализации.

Предельные издержки и оптимальная специфическая интенсивность Рис. 24 у озимой пшеницы в зависимости от цены реализации [586] Интенсивность использования оборотных средств постоянно растет. Одну треть издержек при производстве зерна в Средней Европе составляют, как правило, затраты на повышающие и обеспечивающие урожайность средства, в частности, на высококачественный посевной материал, удобрения и средства защиты растений. Эти зависящие от местных условий и вида зерновой культуры статьи затрат определяют, какой урожайности можно достичь минимально возможными затратами или к каким изменениям уровня урожайности приведет то или иное изменение затрат.

Поэтому для успешного выращивания зерновых в рыночных условиях необходимо для разных местных условий найти ответ на следующие предпринимательские вопросы:

• Каков вклад зернопроизводства в экономику хозяйства?

• Какой уровень урожайности является оптимальным?

• Какие качественные требования к зерну надо выполнить?

• Какой уровень переменных издержек необходим для оптимальной урожайности?

• Какие имеются возможности для рационализации затрат труда?

• Как можно минимизировать потери при уборке, транспортировке и хранении?

• Можно ли снизить рыночные и производственные риски введением новых сортов или видов зерновых культур?

В зависимости от природных и экономических местных условий ответы на эти вопросы могут сильно расходиться. В регионах интенсивного выращивания зерновых в Западной и Центральной Европе уровень специфической интенсивности из-за рыночных экономических условий (развитие цен на аграрную продукцию и на средства производства) и по экологическим причинам сознательно снижают, реализуя концепцию интегрированного земледелия (рис. 25) или внедряя разные направления биологического, экологического или альтернативного земледелия.

Экологически и экономически обоснованная концепция интегрированного земледелия охватывает системы растениеводства, приспособленные к месту произрастания и окружающей среде, в которых при соблюдении экологических и экономических требований применяются все пригодные и допустимые технологии земледелия и растениеводства, системы питания и защиты растений в сочетании с использованием как биолого-технического прогресса, так и природных факторов ограничения с тем, чтобы на длительное время обеспечить стабильные урожаи и хозяйственный успех и соответствовать требованиям устойчивого развития сельского хозяйства.

При условиях снижения специфической интенсивности (low-input-условия) в хозяйствах могут тоже снизиться затраты на единицу продукции.

При этом low-input-условия не означают общую экстенсификацию производства зерна, а преследуют цель, посредством оптимизационного снижения затрат лучше использовать природно-биологические факторы образования урожайности и качества и снизить отрицательное антропогенное воздействие на экосистему при данных условиях.

В экологическом земледелии из-за отказа от минеральных азотных удобрений и от химической защиты растений уровень урожайности ниже (рис. 26), но затраты рабочей силы при этом выше. Поэтому эти хозяйства должны реализовывать продукцию по более высоким ценам.

Производство зерна при экологическом земледелии, как показывают результаты всех хозяйств Германии, работающих на альтернативной основе экономически выгодно, если зерно можно реализовать по повышенным ценам. Но рынок для этой продукции ограничен. Кроме того, при сплошном переходе к такому производству снизились бы реализуемые цены, так Схема системы и элементов интегрированного земледелия Рис. 25 Относительная урожайность зерновых (ц/га) в 58 хозяйствах, Рис. 26 которые после 1990-го года перешли на экологическое хозяйствование, по сравнению с урожайностью 1990 года [685] что производство зерна без значительных дотаций было бы экономически невыгодно.

В то же время, как показывают результаты анализов в Германии, сплошной переход к экстенсивному выращиванию зерновых вызвал бы сильное снижение урожайности и доходов хозяйств (рис. 27).

Влияние экстенсификации на урожайность зерновых (А) и чистые Рис. 27 доходы (Б) при производстве зерна (%) [771] Поэтому производство зерна в экологическом земледелии является экономически выгодной нишей только при условии, что хозяйства могут реализовывать продукцию по повышенным ценам. Но это никак не центральный путь развития зернового хозяйства.

В связи с решениями ВТО о снижении и устранении прямых субсидий на производство сельскохозяйственной продукции и ориентации аграрных цен на цены мирового рынка во многих регионах Европы стоит первостепенная задача значительного снижения издержек.

Подходящей стратегией для существенного снижения затрат на единицу продукции может быть:

• дальнейшее повышение урожайности при адаптированной к местным условиям специфической интенсивности производства;

• создание больших производственных единиц для снижения постоянных издержек и затрат рабочего времени на единицу продукции;

• снижение постоянных издержек путем использования машин в межхозяйственной кооперации или обращения к услугам агросервисных фирм;

• приспособление производства зерна к потребностям рынка;

• снижение затрат рабочего времени путем дальнейшей рационализации технологий производства зерна в результате внедрения биологического и технического научного прогресса.

Высокая экономичность и эффективный менеджмент затрат при выращивании зерновых требует растущей готовности к инновациям. Большое значение приобретают такие инновации, как

• прецизионное земледелие (Precision Farming)

• современные электронные системы диагностики и регулирования внесения удобрений и средств защиты растений, а также современные машины для уборки и хранения;

• результаты генетического и селекционного прогресса;

• консервирующая обработка почвы и др.

1.6 Экологические эффекты при выращивании зерновых Выращивание зерновых по принципам интегрированного или ландшафтноадаптивного земледелия можно осуществлять в соответствии с требованиями устойчивого развития сельского хозяйства.

Посевы зерновых производят много кислорода. Один гектар их выделяет в средней Европе за вегетационный период около 10,6 млн. л кислорода, что почти в два раза больше, чем один гектар леса (рис. 28).

По защитному действию против почвенной эрозии они уступают лишь только многолетним травам в годы их полного использования (рис. 29).

При этом озимые, как правило, лучше, чем яровые зерновые (табл. 65).

Относительно эмиссий газов с отрицательным их влиянием на внешнюю среду (тепличный эффект, выделение СО2, N2O и СН4) выращивание зерновых лучше всего проводить по принципам экологического земледелия.

Выделение кислорода разными культурами и лесом; % к сахарной Рис. 28 свекле (100 % = 15 млн. л/га) [570]

–  –  –

Экологическая слабость выращивания зерновых по принципам альтернативного земледелия – низкая урожайность и тем самым неэффективное использование ограниченного ресурса, которым является земля. При существующих соотношениях между урожайностью зерновых при интегрированном и экологическом выращивании в Германии для производства единицы озимой пшеницы требуется на 80% больше площадей, озимого ячменя на 71, озимой ржи на 55 и овса на 12%.

Затраты энергии при выращивании зерновых приводятся на примере озимой пшеницы при соответствующих современному научно-техническому уровню технологиях (табл. 67).

–  –  –

Решающее влияние на энергетический баланс имеет эффективное использование азотного удобрения. Оптимальный уровень его использования и максимальный выход нетто-энергии близки и зависят от условий роста растений, обусловленных почвенно-климатическими условиями и уровнем культуры земледелия и технологий (рис. 30).

Энергетическую эффективность минеральных удобрений можно определить по формуле:

Нетто-выход энергии Нетто-выход энергии Коэффициент энергетической – без удобрения эффективности минерального = при удобрении удобрения Сумма затрат энергии Доля средств защиты растений в суммарных затратах энергии при выращивании зерновых не высока. При интегрированной защите растений она больше, чем при экологическом земледелии. Следует учитывать, что на химическую борьбу с сорняками (при использовании гербицидов на научной основе) энергии расходуется меньше, чем при механической борьбе.

– максимальный нетто-выход энергии; – оптимальный уровень азотного удобрения;

1 – хорошие условия роста; 2 – средние условия; 3 – плохие условия роста

–  –  –

2 Биология зерновых и структура урожайности Все виды зерновых относятся к семейству мятликовых (Роасеае). К зерновым, которые выращиваются в умеренных климатических зонах, относятся пшеница, ячмень, рожь, овес, гибрид пшеницы и ржи тритикале и все чаще кукуруза (рис. 31).

Таксономическое положение зерновых.Рис. 31

Род пшеницы (Triticum) подразделяют по числу хромосом на три группы (табл. 69), из которых кроме мягкой или обыкновенной пшеницы (Triticum aestivum L.) с ее яровыми и озимыми формами практическое значение имеет твердая пшеница (T. дurum Desf.), прежде всего яровые формы, и в меньшей степени пшеница спельта (T. spelta L.).

–  –  –

Все посевные формы ячменя (2n = 14) объединяют в один вид (Hordeum

vulgare L. sensu lato). Принято различать пять разновидностей (Convarieties):

многорядные или шестирядные формы (hexatichon), промежуточные формы (intermedium), двухрядные формы (distichon), формы с бесплодными боковыми колосками (deficiens) и формы с более или менее меняющейся фертильностью боковых колосков (labile). По морфологическим признакам колосков (например, остистость, форма остей, окраска колоса и зерновки, пленчатость зерна, плотность колоса) эти формы подразделяют на еще более мелкие группы (например, формы nutans, pallidum, medicum и др.).

Многочисленные виды овса (Avena) подразделяют на секции Avenastrum (многолетние формы) и Euavena (однолетние формы). Среди последних диплоидные (2n = 14), из которых вид Avena strigosa Schreb. имел ранее в Европе местное значение в качестве культурного растения, и тетраплоидные формы (2n = 28), в т. ч. культурный вид A. abyssinica Hochst., выделяют в подсекцию Aristulatae, а гексаплоидные формы (2n = 42) в подсекцию Denticulatae. Представителями этой подсекции являются культурные виды A. sativa L. и A. bycantina A.Koch, а также дикие виды овсюг или овес пустой (A. fatua L.) и овсюг Людовика или южный (A. luduviciana Dur., A. sterilis ssp. ludoviciana Dur. Nyman), являющиеся экономически значимыми сорняками зерновых. Посевной овес является также амфидиплоидом (ААССDD).

Род Secale (рожь) подразделяют на секции Silvestria (S. silvestre Host) и Montanum (S. montanum Guss., S. vavilovii Grossh., S. africanum (Stapf ) Kranz, S. cereale L.). Другие авторы объединяют в одну секцию все дикие формы (S.silvestre, S. iranicum Kobyl., S. montanum), а культурную форму Secale cereale L. относят в отдельную секцию. В. Д. Кобылинский различает только 4 вида с подвидами (табл. 70).

У культурной ржи наиболее распространенными являются диплоидные формы (2n = 14), тетраплоидные формы (2n = 28) имеют местное значение только в Беларуси.

Тритикале (x Triticosecale Wittm.) – совсем молодое культурное растение.

Оно является гексаплоидным (2n = 42) пшенично-ржаным гибридом, который приобрел практическое значение в качестве зерновой культуры только в последней трети ХХ века.

По типу развития все названные культуры имеют яровые и озимые формы.

–  –  –

2.1. Строение растений Корни. Зерновые имеют мочковатую корневую систему. Основная масса ее сосредоточена на глубине 15 … 25 см, но часть корней проникает в почву и глубже (рис. 33).

–  –  –

Корневая система у разных видов зерновых отличается своей мощностью и способностью использовать почвенную влагу и питательные вещества.

Так, из озимых зерновых озимая рожь имеет более мощно развитую корневую систему, чем озимая пшеница и озимый ячмень. У яровых корневая система овса более мощная, чем у ярового ячменя (рис. 35).

–  –  –

При прорастании зерен сначала образуются, как у всех однодольных растений, зародышевые корни. Число их типично для отдельных видов: у ячменя оно составляет 5 … 8, у ржи – 4, у пшеницы – от 3 … 5, у тритикале – 6 и у овса – 3 … 4 (рис. 36).

–  –  –

С началом кущения из узла кущения вырастают придаточные корни, которые лучеобразно располагаются вокруг стебля и обеспечивают дополнительную устойчивость. Они образуют основную корневую систему.

Стебель имеет от пяти до семи узлов. Листовое влагалище выходит из узла и облегает стебель. Оканчивается оно у следующего узла (рис. 37 В).

Внутри листового влагалища, непосредственно у стебля, находится лигула (листовой язычок), форма которой является одним из отличительных признаков видов зерновых (рис. 37 Б).

На основании междоузлий находятся зоны роста (интеркалярные зоны роста) с меристематической тканью (рис. 37 А). Интеркалярным ростом этих облегченных влагалищами части междоузлий, которые находятся прямо над узлиями, происходит рост стеблей и выход в трубку. Полегшие растения могут выпрямляться односторонним ростом этих интеркалярных зон роста на противоположной к свету стороне.

Схема строения стебля зерновых.

Рис. 37 А – Отрезок стебля, отчасти наружный вид, отчасти в продольном разрезе; Б – ушки и лигула; В – общий вид стебля. [792] Цветки собраны в колосках. У большинства зерновых в колосках находится несколько цветков (у пшеницы – 3 … 5, у ржи – 2 … 3, у тритикале – 2 … 4, у овса – 2 … 3). У ячменя колосок содержит только 1 цветок. Цветки окружены двумя цветковыми чешуйками (внутренней и наружной). Наружная листовая чешуйка у разных форм может нести ость, которая защищает от испарения и служит органом ассимиляции. Колоски содержат две колосковые чешуйки – нижнюю и верхнюю.

У большинства форм ячменя чешуйки цветков срослись с зерновкой, так что доля чешуек в массе зерна ячменя составляет 8 … 15 %. Существуют и «голые» формы ячменя. У овса зерновки крепко обернуты чешуйками, которые не срастаются с зерном, при обмолоте они остаются на зерне. Доля чешуек составляет примерно 27 … 30 %. Но существуют и формы, где при молотьбе получают «голые» зерна овса. Строение колоска зерновых представлено на рис. 38.

Строение колоска зерновых [792]Рис. 38

Соцветие пшеницы, ржи, тритикале и ячменя – сложный колос. Колоски сидят в двух рядах супротивно на уступах колосового стержня. На каждом уступе у ржи, пшеницы, тритикале и двухрядного ячменя образуется один колосок, а у многорядного ячменя – три одноцветковых колоска.

Соцветие овса представляет собой метелку. Колоски сидят по одному на более или менее длинных боковых веточках.

Количество уступов колосового стержня различно и в связи с этим длина колоса у разных видов и генотипов одного вида разная. У ячменя длина колоса не детерминирована. При хороших условиях питания он может и базально, и апикально образовывать дальнейшие колоски. У пшеницы соцветие детерминировано с апикально стоящим колоском.

Структуру колосьев у разных зерновых показывает таблица 72.

–  –  –

Оболочка зерна пшеницы (1), поперечный (2) и продольный разрез (3) зерна пшеницы и разрез зерна ячменя (4): 1 – влагалище (чехлик) корешка; 2 – гипокотиль; 3 – закладка зародышевого корня; 4 – конус нарастания; 5 – зачаточные листья; 6 – влагалище зародыша (колеоптиль); 7 – щитовка; 8 – палисадные клетки; 9 – пустые клетки 10 – мучнистое тело (эндосперм); 11 – алейроновый слой; 12 – гиалиновая мембрана; 13 – цветной слой; 14 – трубчатые клетки; 15 – поперечные клетки; 16 – длинные клетки 17 – наружный эпидермис; 18 – семенная оболочка; 19 – плодовая оболочка; 20 – гиподерма; 21 – губчатая паренхима; 22 – внутренний эпидермис; 23 – зерновые лопасти; 24 – брюшная борозда; 25 – чешуи.

Зерно в разрезе.

Рис. 41 Зерновка состоит в основном из крахмала, протеина и незначительной доли жира. Причем их содержание разнится по видам. Оно зависит и от генотипа (сортов), и от условий выращивания (табл. 73).

Как правило, с возрастающей специфической интенсивностью производства (азотное удобрение, фунгициды, регуляторы роста), растет доля протеина, а при более низкой интенсивности выращивании и при достаточном снабжении влагой – крахмала.

Содержание минеральных веществ у зерновых составляет (в зависимости от вида, семян и удобрений) от 1,5 до 4 %. Оно особенно высоко в клетках алейронового слоя, в зародыше, в семейной и плодовой оболочках. Причем распределение этих веществ по частям зерна, как можно увидеть на примере зерновки пшеницы (табл. 74), неравномерно.

По содержанию и качеству протеина между видами зерновых имеются большие различия. Так, они различаются по фракциям протеина. У зерновых встречаются альбумины (энзимные протеины) и глобулины (энзимные и запасные протеины). В зародыше и в клетках алейронового слоя преобла

–  –  –

2.2 Рост и развитие Процессы роста и развития являются определяющими для урожайности. Рост

– это прибавка сухой массы. Основа для него – ассимиляция. Развитие – это образование специализированных органов и частей растения для выполнения своей основной биологической функции: сохранения своего вида. При выращивании зерновых особое значение имеют те процессы роста и развития, которые лежат в основе формирования зерен и тем самым урожая.

Зерновые проходят разные стадии развития. Этот ход развития у пшеницы, ржи, тритикале, ячменя и овса приблизительно одинаковый.

Для характеристики разных фаз развития уже давно разработаны разные системы шкал (кодировки). Одной из первых была система Купермана и Семенова, характеризующая фазы роста, этапы органогенеза и формирование элементов продуктивности пшеницы (см. прил. 1, табл. 1.1). Более широкое практическое распространение в международном масштабе получили шкала Фекеса и децимальный код Цадокса, так называемый ЕС-код (см. прил.

1, табл. 1.2), разработанные для зерновых. Сегодня в Европе принята общая унифицированная расширенная шкала (код ВВСН) для установления стадий развития однодольных и двудольных культурных растений и сорняков (см.

табл. 1.2 в приложении 1). Основой для определения стадий развития являются видимые невооруженным взглядом фенологические признаки образования органов [373]. Этот код нашел общее применение не только в Европейском Сообществе, но и в рамках деятельности разных международных межправительственных и научных организаций. Он использован и в этой книге. Знание прохождения посевами отдельных стадий развития позволяет своевременно и эффективно применить необходимые оперативные, адаптированные к конкретным ситуациям агротехнические мероприятия для формирования высоких урожаев (азотная подкормка, внесение микроэлементов, применение регуляторов роста и фунгицидов). В Западной Европе совокупность этих оперативных агротехнических мероприятий, направленных на достижение оптимальных урожаев, называется «управлением посевами» или «менеджментом посевов». Все агротехнические мероприятия следует проводить точно по стадиям формирования урожая и их требованиям к условиям питания.

Отклонения от этого вызывают большие или меньшие потери урожая.

В своем развитии зерновые находятся до выхода в трубку или стеблевания (10 … 291*) в вегетативном периоде развития, от начала колошения до конца цветения (30…69) – в генеративном и от первой стадии созревания до полной спелости ( 71…92) – в репродуктивном периоде. Вегетативный период совпадает с системным ростом вегетативной массы, генеративный период

– с ростом продукта, т. е. зерна. Отдельные стадии с точки зрения образования урожая имеют различное значение.

Зрелое зерно находится в более или менее выраженной фазе покоя. У тритикале и ржи она или отсутствует, или слабо выражена, пшеница, ячмень и овес имеют длинный период покоя. Поэтому у ржи и тритикале существует большая опасность прорастания зерен при влажной погоде до уборки. Но по этому свойству имеются большие сортовые различия. После окончания покоя зерно может прорасти. С этого момента начинается стадия прорастания и зародышевого развития, которая заканчивается переходом растения от гетеротрофного к автотрофному способу жизни.

Для прорастания (00 … 09) требуются кислород, влага и соответствующие температуры. Необходимые температуры и содержание воды в зерне разных зерновых культур приведены в табл. 75.

–  –  –

Название кода BBCH является сокращением от названия первоначально участвовавших в его разработке организаций, первая B означает Biologische Bundesanstalt fr Land- und Forstwirtschaft/Биологическое федеральное учреждение сельского и лесного хозяйства, вторая B –Bundessortenamt/Федеральное сортовое управление, CH означает Chemische Industrie/Химическая промышленность в составе Объединения аграрной промышленности.

При прорастании можно различать разные фазы:

В фазе набухания зерновка чисто физическим путем поглощает воду.

Поглощение воды является предпосылкой для интенсификации жизненных процессов. Вода через оболочку семени проникает в коллоидные части семян и к зародышу, а также в межклеточные и свободные капиллярные пространства. Процесс набухания является реверсивным, при высоких температурах он происходит быстрее, чем при низких. При недостатке воды прорастание прекращается и может начаться заново при новом поступлении влаги.

Так как зародыш не способен к ассимиляции СО2, он нуждается в питании запасными веществами зерновки, т. е. он питается гетеротрофно. Для этого необходимо, чтобы органические вещества (углеводы, белки и жиры) перешли в растворимые формы. Этот процесс превращения запасных веществ происходит с помощью энзимов, которые в свою очередь активируются фитогормонами группы гиббереллинов (рис. 42) и mRNA, которые при достаточной влаге поступают из зародыша в алейроновый слой эндосперма.

Там они мобилизуют гидролитические энзимы для расщепления крахмала (амилазы), протеинов (протеазов), нуклеиновых кислот (нуклеазы) и жиров (липазы) или активируют гены, которые кодируют образование энзимов. Прогрессирующее превращение запасных веществ в процессе прорастания представлено на рис.43 на примере зерна ячменя.

–  –  –

Нуклеиновые кислоты активируют образование фитогормонов цитокинина, вызывающего деление клеток и ауксина, содействующего росту клеток в длину. Эти гормоны действуют на зародыш. Процесс прорастания с этого момента уже не обратим, проросшие зародыши погибают при наступлении засухи или экстремальных температур.

В фазе прорастания зерновка усиленно поглощает воду. Начинается рост зародыша, сначала зародышевого корешка. Растущий зародыш прорывает оболочку семени, а затем и колеоптиль (зародышевый лист). Зародышевый корешок начинает снабжать зародыш водой и питательными веществами.

Обычно ауксины сосредотачиваются на нижней стороне зародышевого корня 1 – линия прогрессирующего превращения запасных веществ; 2 – влагалище корешка; 3 – главный корень;

4– придаточные корни; 5– зачатки листьев; 6-колеоптиль

–  –  –

и колеоптиля. Благодаря геотропизму колеоптили растут вверх, зародышевый корешок - вниз, независимо от положения зерна в почве. На рис. 44 представлены разные фазы прорастания и роста зародыша у пшеницы.

При прорастании зерно поглощает воду в количестве примерно половины своей массы (табл. 76).

–  –  –

Но для энергетического снабжения прорастания в форме аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) зерна требуется и в достаточном количестве кислорода. Из зерновых только рис благодаря эффективной системе гликолиза (анаэробное разложение углеводов) имеет способность добывать необходимую энергию в форме АТФ и прорастать под водой при очень низком парциальном давлении кислорода.

С проникновением колеоптиля через верхний слой почвы и выходом его на поверхность появляются всходы (10 … 33). Вскоре развертывается первый лист и сразу в верхнем слое почвы образуется узел кущения (скопление нескольких узлов и мест закладки боковых побегов и придаточных корней).

Отрезок, соединяющий зерно и узел кущения, называется подсеменным коленом (гипокотилем). Его длина зависит от глубины заделки семян. Чем он длиннее, тем хуже дальнейшее развитие растения.

С появлением листьев начинается ассимиляция СО2 и рост сухой массы на ее основе и, тем самым, автотрофный способ жизни.

Мерой ее является доля нетто-ассимиляция СО2:

См2 – См1 ДНА = 0,5 (Л1 + Л2) где ДНА – доля нетто-ассимиляции СО2, (г/м2/ч); См1и См2 – сухая масса в начале и в конце измерения; Л, и Л2 – листовая площадь в начале и в конце измерения.

Ассимиляция углекислого газа зависит от вида зерновых, а также от температуры, обеспеченности элементами питания, светом, водой и от площади листьев. Последняя колеблется у зерновых в пределах от 25 до 40 м2/га. Большое влияние на продуктивность ассимиляции имеет индекс листовой поверхности (ИЛП), т. е. отношение ассимилирующей поверхности растения к поверхности почвы. Он достигает у вегетативно полностью развитых посевов зерновых величины больше 10, снижается с начала выхода в трубку и в начале образования зерен он часто уже на 50 % редуцирован (рис. 45).

На некоторые из выше перечисленных факторов можно влиять агротехническими мероприятиями. У зерновых показатель ДНA колеблется от 17 до 31 г/м2/ч.

–  –  –

Развитие массы растения пшеницы и ИЛП в течение вегетации (490) Рис. 45 Потенциальная урожайность зерновых ограничивается недостаточным использованием инсоляции во второй половине вегетационного периода (рис. 46).

Потенциально возможное производство при полном поглощении Рис. 46 ФАР (1), использование ФАР (2) и реально возможный дневной прирост сухой массы озимой пшеницы (3) в Средней Европе При кущении (21 … 29) образуется большее или меньшее число боковых побегов. Из узла кущения главного побега развиваются боковые побеги следующего порядка. Как правило, зерновые могут образовывать побеги до 5-го порядка (рис. 47). Виды зерновых отличаются и скоростью роста побегов.

Степень кущения сильно зависит от внешних факторов, таких, как длина дня, температура, обеспеченность азотом, густота стояния, глубина посева, и может достигать от нескольких сотен до 2 500 побегов на 1 м2.

Кущение зерновых [355] Рис. 47 Кущение начинается в стадии 3 … 4 листьев у озимого ячменя, озимой ржи и тритикале в зависимости от времени посева и местности обычно осенью, у озимой пшеницы – начинается осенью и заканчивается весной. Поэтому озимый ячмень также как и озимая рожь и тритикале в большинстве регионов выращивания должны проходить кущение полностью осенью. Меньше всех осенью развивается озимая пшеница. Самые сильные и продуктивные

– главный побег и побеги 2-го порядка (рис. 48).

Снижение урожайности у побегов высшего порядка относительно к Рис. 48 главному побегу (528) Влияние нормы высева на кущение посева озимой пшеницы на Рис. 49 севере Германии (490) Слишком большое количество боковых побегов требует излишней воды и дополнительных питательных веществ. Регулировка числа побегов агротехническими мероприятиями в зависимости от конкретных погодных и почвенных условий – важный залог получения высоких урожаев. Как, например, влияет норма высева при одних и тех же условиях на кущение, показывает опыт в Северной Германии (рис. 49).

Во время кущения происходят закладка побегов, колосков и цветочков, а также обильный рост корней. Их рост и развитие сильно опережает рост надземных частей растений (рис. 50). Чем суше почва в этой фазе, тем сильнее развивается корневая система. Существует генетически фиксированная корреляция между высотой стеблей и мощностью корневой системы.

Соотношение корней к стеблям у озимого ячменя и озимой Рис. 50 пшеницы в течение вегетационного периода [765] Процесс закладки колосков и цветочков начинается на главном побеге и продолжается на побегах низкого уровня. Из маленького первичного конуса нарастания образуются зачатки колосьев. Начинается это перетяжкой на конусе нарастания. Начало стадии двойного кольца считается началом генеративной фазы развития зерновых (рис. 51). Оно наступает у разных видов зерновых в разной стадии, обычно в конце кущения. Примерно через три недели после стадии двойного кольца начинается закладка цветочков. Несколькими днями позже оканчивается закладка колосьев. Когда у пшеницы, тритикале и ржи образуется верхушечный колосок, достигнуто уже максимальное количество колосков в колосе. После этого происходит редукция. У ячменя и овса остается принципиально возможность дальнейшей закладки. Внутри колосков вначале развиваются нижние закладки цветочков, а верхние, как более молодые, могут редуцироваться до окончания цветения. У ячменя, у которого нет ограничения роста колоса, редукция колосков в верхней части колоса при плохих условиях может достигать 25 … 50 %. Редукция цветочных закладок у многорядного ячменя выше (до 80 %), чем у двухрядного (50 … 70 %). У ярового ячменя меньше закладок, но и меньше редукции. У овса тоже наблюдается значительная редукция. Из 6 … 8 цветочков в колосках пшеницы до цветения подвергаются редукции или не образуют фертильные цветки больше 50 %. Остаются, как правило, только 2 … 3 фертильных цветка. Редукции подвергаются прежде всего закладки колосков и цветов на нижней (базальной) и верхней (терминальной) частях колоса.

–  –  –

Обычно стадия двойного кольца начинается весной с началом вегетации, но может наступать, особенно у озимого ячменя, при раннем посеве и осенью.

Стадия двойного кольца – одна из критических стадий для формирования урожая. Кроме этого в этой фазе зерновое растение очень чувствительно к внешним условиям. Это надо учитывать при проведении таких агротехнических мероприятий, как внесение удобрений, применение регуляторов роста и средств защиты растений.

При переходе вегетативного периода в генеративный зерновые проходят фазу редукции, когда из обычно большого числа побегов, образовавшихся в фазе кущения, выделяются продуктивные (колосонесущие) побеги. Уменьшение числа образовавшихся боковых побегов за счет отмирания слаборазвитых – это нормальный физиологический процесс у зерновых. Причиной редукции может быть конкуренция между растениями-зерновыми, а также конкуренция с сорняками и внутрирастительная конкуренция. Поражение болезнями и вредителями также может вызывать редукцию. Во время цветения посевы имеют свое окончательное число продуктивных стеблей. У пшеницы оно колеблется от 350 до 700 шт./м2. Путем проведения агротехнических мероприятий надо стремиться к тому, чтобы получить в процессе редукции то число колосонесущих стеблей, которое обеспечивает при данных условиях и данном сорте наивысший урожай зерна.

Генеративная фаза начинается с выхода в трубку (30 … 40). Выход в трубку, или стеблевание, вызывается усиленным делением клеток. Его интенсивность зависит от продолжительности светового дня. Пшеница, ячмень, рожь, тритикале и овес – растения длинного дня, т. е. они требуют для перехода в генеративную фазу более 12 ч освещения в сутки.

У пшеницы, ржи, тритикале и ячменя встречаются озимые и яровые формы.

Первые требуют для перехода в генеративную фазу вернализации (ранее называвшейся яровизацией), т. е. обеспечения потребности в холоде многолетних или зимующих культур на ранних стадиях жизни (включая и семена). Условия вернализации для разных видов озимых зерновых разные (табл. 77).

–  –  –

Есть озимые формы у пшеницы и ячменя, у которых потребность в вернализации так слабо выражена, (0 … 10 суток) что их можно выращивать и как яровые формы (двуручки).

Вскоре после появления псевдостебля при выходе в трубку развиваются первый и второй узел (31 … 32). Это так называемый «большой период», который у озимой пшеницы начинается раньше, чем у озимого ячменя. В «большой период» начинается интенсивный рост колоса внутри стебля. За короткое время он может достичь 10 см. Растения в этой фазе ощутимо реагируют на недостаток воды, питательных веществ, особенно азота, и поражение болезнями. У пшеницы это проявляется отсутствием закладки колосков в нижней части колоса, у ячменя – в верхней и в нижней.

Стеблевание заканчивается с окончанием формирования колосьев. С выбрасыванием колосьев начинается колошение (51 … 55). Прохладная погода замедляет этот процесс, теплая – ускоряет.

Вскоре после колошения, а у ячменя одновременно с ним, начинается цветение (59 … 69). От условий цветения зависит количество зерен в колосьях. Пшеница, ячмень, овес и тритикале – самоопыляющиеся культуры с частичным перекрестным опылением. Рожь – перекрестноопыляющееся растение. Так как у самоопыляющихся зерновых культур еще до появления соцветий с цветками и пыльниками оплодотворение в основном окончено, оно меньше зависит от погодных условий чем у перекрестноопыляющейся ржи. У нее прохладная и сырая погода во время цветения затягивает его, ухудшает образование зерна и ведет к череззернице, а также способствует поражению возбудителем спорыньи (Claviceps purpurea). Полегание ржи до цветения сильнее снижает урожай, чем у других зерновых.

Как закладка колосков и цветочков, так и цветение начинается в середине колоса или ближе к нижней трети и продолжается оттуда равномерно к основанию и к верхушке колоса. Существует более или менее выраженная медиальная доминантность: в середине колоса образованные колоски крупнее, имеют больше цветочков и кариопсов, а также масса отдельных зерен в этой части колоса самая высокая.

Цветение одного цветка длится 30 … 60 мин. Так как не все цветки цветут одновременно, то цветение может длиться от 10 до 14 дней.

После оплодотворения фиксируется окончательное число зерен в колосе.

Начиняется фаза образования зерновки и налива, которую можно подразделить на периоды

• деления клеток эндосперма;

• растягивания клеток эндосперма и

• накопления крахмала.

В первый период образуются в течение 3 … 4 недель больше чем 150 000 клеток в каждой зерновке. Прохладная погода и достаточная влага содействуют закладки зерен с большими объемами. В последующие периоды требуется высокую интенсивность фотосинтеза и транспорта его продуктов в форме раствора сахаров в клетки эндосперма, где они накапливаются в форме крахмала.

Образование зерен сопровождается формированием систем биологических акцепторов (sink), которые в процессе роста и развития зерен накапливают ассимиляты. Процессы формирования урожая зависят от длительности фазы налива и от активности ассимиляции. В этой фазе производства и накопления резервных веществ (репродуктивный период) растение должно производить больше половины зерновой массы. Длительность налива у разных видов зерновых и даже генотипов выражена по-разному На нее сильно влияют погодные условия, почвенная влага, болезни и вредители. Они влияют и на активность ассимиляции СО 2 и транспорт продуктов ассимиляции СО 2 к зернам. В этой фазе главными производителями и поставщиками продуктов ассимиляции СО 2, т. е. донорами (sources) являются флаговый лист, часть стебля от флагового листа до колоса, колосковые чешуйки и сам колос (рис. 52). Они в короткое время (2 … 3 недели) должны наполнить зерна резервными веществами.

Влияние отдельных органов растения на урожайность Рис. 52 Из важности отдельных органов для снабжения зерна продуктами ассимиляции СО2 следует необходимость сохранения колоса, верхней части/стебля и флагового листа в здоровом, зеленом состоянии.

Образование и поступление продуктов ассимиляции от фазы колошения до четырех недель после цветения зернового растения показано на рис. 53, а по фазам развития зернового растения на рисунке 54.

Чем темнее окраска листьев, тем интенсивнее происходит фотосинтез; стрелки обозначают направление и интенсивность процессов транслокации продуктов ассимиляции СО2.

–  –  –

Преждевременное нарушение этих процессов засухой или болезнями приводит к образованию щуплого зерна за счет снижения, прежде всего, доли эндосперма (мучнистого тела), в то время как зародыш и алейроновый слой страдают меньше. Вследствие их различного содержания и распределения в зерне изменяется соотношение протеина и его фракций, а также соотношение между самими фракциями, что сопровождается изменением качества зерна (рис. 55).

Доля протеина в разных частях зерновки [765]Рис. 55

Так, повышение содержания протеина в щуплых зернах пивоваренного ячменя снижает их пивоваренное качество. Снижение доли фракций проламинов и глютелинов и нарушение соотношения между ними при плохо выполненном мучнистом зерне снижает хлебопекарные качества пшеницы.

Задерживающие рост растения фитогормоны. А - абсцисиновая Рис. 56 кислота ; Б - этен.

Когда зерно достигнет своего максимального объема, с этого момента морфологической спелости начинается его созревание (71 … 92). Процесс созревания зерна регулируется сложным взаимодействием фитогормонов. Если при закладке кариопсов и наливе еще доминируют фитогормоны, содействующие процессам роста ( цитокинины, гиббереллины, ауксины ), в процессе созревания доминируют фитогормоны, препятствующие рост растений, как, например, абсцисиновая кислота и этен ( рис. 56).

На рисунке 57 приводится схема взаимосвязи между концентрацией фитогормонов, сухой массой и содержанием влаги в зерновках пшеницы между цветением и созреванием.

–  –  –

С уменьшением влажности по мере созревания зерен уменьшается их масса.

Окончательная масса зерен зависит от вида, сорта, а также условий выращивания (табл. 78).

Масса 1000 зерен (МТЗ) Та б л и ц а 7 8

–  –  –

Длительность фаз созревания отличается у различных видов. Вследствие засухи или поражения болезнями посевы могут быстрее созревать (преждевременное созревание). В таких случаях образуются неполноценные зерна (щуплые, сморщенные). Физиологическая спелость достигнута, когда зерна в состоянии прорасти, т. е. они достигли полной всхожести.

Как отмечалось выше, период покоя у разных видов зерновых, и даже у разных генотипов по-разному выражен. У ржи и тритикале период покоя очень короткий, и при достижении полной спелости нескольких капель дождя или росы достаточно, чтобы вызвать прорастание. При этом активируется

-амилаза, которая расщепляет крахмал. Способность крахмала к склеиванию, от которой зависят хлебопекарные качества, при этом сильно снижается (см. разд. 18).

Как правило, при соответствующих погодных условиях у разных видов и сортов зерновых в более или менее выраженной форме связан этот биохимический процесс с вторичным патологическим процессом, в который включен целый ряд возбудители, как, например, грибы родов Alternaria, Fusarium, Drechslera и др., а также бактерии разных родов (энзимомикозное истощение семян или «истекание» зерна.

Если после достижения физиологической спелости наступают непригодные условия, у зерен бывает и вторичный реверсивный период покоя. Это происходит, например, при температуре около нуля или около 30 °С и высокой влажности или при температуре 70 … 80 °С при низкой влажности.

Время от посева до урожая у разных видов разное, как и длительность отдельных фаз (табл. 80). В зависимости от внешних условий и от генотипа оно может изменяться.

–  –  –

2.3 Структура урожайности Из всего изложенного видно, что решающую роль для формирования урожая имеет «переключение» конуса нарастания стебля с вегетативной на генеративную фазу роста и на образование компонентов урожайности.

Урожайность посева зерновых образуется из:

• числа колосьев на 1 м ;

• числа зерен на колос;

• массы зерна с 1 колоса;

• массы 1000 зерен.

Они в более или менее сильной мере влияют на урожайность зерновых (рис. 58).

Влияние компонентов урожайности на урожайность [404] Рис. 58 Эти компоненты закладываются в разные периоды развития. Они достигают сначала максимального образования и редуцируются потом при адаптации к условиям роста в большей или меньшей мере (рис. 59).

Развитие обусловливающих урожайность компонентов [339] Рис. 59 Компоненты урожайности закладываются в таком порядке: число колосьев/ м2

– число зерен/колос – масса 1000 зерен. Между ними существуют тесные взаимосвязи, которые обусловливают для данных условий их оптимальное развитие. Заложенные первыми компоненты урожайности более или менее влияют на позже закладываемые структуры. Так, существует отрицательная корреляция между количеством колосьев/м2 и числом зерен/колос, а также массой 1000 зерен. Чрезмерная густота стояния также может вызывать снижение зерен/колос и массу зерна с 1 колоса и массу 1 000 зерен.

С другой стороны, посевы зерновых способны в определенной мере компенсировать низкую густоту стояния повышенным числом зерен/колос или массой зерна с 1 колоса (табл. 81).

Возможные величины урожайности при разных ее составляющих Та б л и ц а 8 1

–  –  –

Внутри соцветия существует отрицательная корреляция между числом зерен в колосе и массой 1 000 зерен.

Все эти взаимосвязи между компонентами урожайности надо учитывать при управлении посевами к высоким для данных местных условий урожаям путем применения таких агротехнических мероприятий, как внесение азота, регуляторов роста и фунгицидов.

В отдельных фазах развития зернового растения на урожайность действуют повышающие и снижающие факторы (рис. 60).

Процессами закладки и редукции побегов, колосков, цветков и наливом зерен формируется окончательная урожайность (рис. 61).

Отрицательно и положительно действующие на урожайность Рис. 60 факторы во время развития компонентов урожайности Процесс закладки и редукции органов, образующих урожайность Рис. 61 зернового растения (339).

Задача управления посевами состоит в том, чтобы регулировать повышающие и снижающие урожайность факторы в соответствующих фазах развития посевов так, чтобы их действие в целом вело к оптимальной для данной местности урожайности (рис. 62).

В отношении к компонентам урожайности существуют и сортовые различия, которые надо учитывать. Так, при работе с сортами, дающими урожай за счет высокой плотности посевов, важно обеспечить все условия для хорошего куРазвитие компонентов урожайности в процессе роста и развития Рис. 62 пшеницы и возможности влиять на них с помощью агротехнических мероприятий (732) щения и сокращения редукции побегов.

У сортов, образующих урожай за счет массы зерна отдельного колоса, на урожайность влияют, прежде всего:

• закладка колосков и зерен;

• интенсивность и длительность фотосинтеза;

• беспрепятственная транспортировка продуктов ассимиляции СO2 к зерновкам;

• емкость накопления зерновок;

• интенсивность процесса накопления;

• длительность периода налива;

• условия конкуренции внутри колоса или метелки;

• условия конкуренции внутри стеблестоев;

• болезни, вредители и сорняки Так как на отдельные компоненты урожайности в течение вегетации влияют разные отрицательные факторы (рис. 63), то реализуется более или менее небольшая часть от исходной потенциальной урожайности.

Отрицательно влияющие на компоненты урожайности факторы Рис. 63 Так, в Германии считают, что при средних урожайностях озимой пшеницы 60 … 70 ц/га реализуется в среднем всего 25 … 33 % от потенциально заложенной исходной урожайности. Примерный расчет сокращения урожайности в течение развития у озимой пшеницы приводится в таблице 82.

–  –  –

Значение этих факторов колеблется в зависимости от местности, года, от вида и сорта, от агротехнических мероприятий, что видно из таблицы 83, в которой приводится роль отдельных компонентов урожайности в разные годы на примере озимой пшеницы.

Элементы структуры урожайности у озимой пшеницы в разные Та б л и ц а 8 3 годы (опыт в Нижней Саксонии)

–  –  –

Для формирования высокого урожая важно достигать и типичного для каждого сорта отношения между зерном и соломой (индекс урожая). Индексы урожая современных сортов зерновых приведены в табл. 84.

Индексы урожая зерновых культур Та б л и ц а 8 4

–  –  –

3 Требования к почвенно-климатическим условиям

3.1 Климатические условия Хотя пшеница, рожь, ячмень, тритикале и овес – зерновые умеренного климата, по требованиям к климату (температура, осадки) они сильно различаются между собой. Существуют различия между озимыми и яровыми формами. Существенными они бывают и между сортами при их адаптации к определенным условиям.

Базисные температуры для роста и развития представлены в табл. 85.

–  –  –

Озимая рожь переносит самые низкие температуры, озимый ячмень – самая чувствительная культура. Озимая пшеница и тритикале по этому признаку занимают среднее положение. Вышеназванные цифры ориентировочные. Они могут колебаться в зависимости от конкретных погодных условий.

Озимые зерновые переносят более низкие температуры тогда, когда происходит постепенное их закаливание.

Меняющиеся температуры, близкие по своему значению к точке замерзания, вызывают энзиматическую активность внутри клеток, которые снижают их холодостойкость. Особенно к этому чувствительны сильноразвитые растения, или рано вступающие в рост.

Опасность гибели высока у растений, которые повреждены болезнями, вредителями, птицами или внезапно наступившими холодами при интенсивных процессах обмена веществ. Обычно это наблюдается в начале зимы или при повторных заморозках весной.

Кроме этого гибель озимых от прямого физиологического действия мороза, т. е. вымерзания, помимо механического разрушения клеток льдом сопровождается и выпирание (иссушение) растений зерновых. Оно вызывается сменой отрицательных ночных температур на дневные положительные. В результате движения почвы обрываются корневые волоски или даже скелетные корни, а сами растения оказываются как бы выдавленными из почвы.

В условиях резко континентального климата при низкой температуре может иссушаться в течение всей зимы и верхний слой почвы.

Особенно длинные периоды засухи (морозная засуха) до начала вегетации являются частыми причинами гибели озимых.

Выпревание тоже приводит к гибели зерновых. Оно наблюдается при длительном снежном покрове. Если при этом верхний слой подтает, а затем температура опустится ниже 0 °С, то образуется ледяная корка и прекращается воздухообмен. В этих условиях создается благоприятная среда для развития плесневых грибов. При этих условиях особенно большая опасность поражения снежной плесенью (возбудитель Microdochium nivale) для загущенных посевов. Она больше у ржи, тритикале и ячменя, чем у пшеницы. Озимый ячмень в таких условиях кроме этого поражается и тифулезом (Thyphula spp.). Для успешной зимовки озимые требуют достаточное, специфическое для видов и сортов осеннее развитие. Зимостойкость снижается при чересчур сильном или недостаточном осеннем развитии. Отрицательно влияет на зимостойкость несбалансированное удобрение, особенно недостаток калия. Пораженные некоторыми вирусными болезнями посевы зерновых менее зимостойки, чем здоровые (см. разд. 10).

Для каждой культуры в конкретной местности с помощью агротехнических мероприятий, особенно выбором срока посева, следует создать все предпосылки для оптимального осеннего развития. Так, у пшеницы наивысшая холодостойкость наблюдается при уходе в зиму в фазе трех-пяти листьев. Поздние посевы, при которых зерновки зимуют в проросшем состоянии и только весной всходят, сильнее страдают от мороза и гибнут уже при температуре –5 °С. После начала вегетации весной озимые быстро утрачивают морозостойкость и в зависимости от сортов страдают от сильных весенних возвратных заморозков. Рожь особенно чувствительна к заморозкам во время цветения. Они могут вызывать частичное или полное пустоколосье. Яровые зерновые обычно переносят отрицательные температуры до –5 °С. Для начала роста и развития весной и в течение вегетации разные зерновые также требуют различных температурных оптимумов.

Озимая пшеница требует более высоких температур для начала вегетации, с этим связано более позднее начало роста и смыкание рядов. Этим объясняется и более высокая опасность засорения. Во время вегетации озимая пшеница также предпочитает более высокие температуры. Прохладная погода в мае-июне вызывает посветление листьев, и при достаточной влажности создаются благоприятные условия для поражения желтой ржавчиной (Puccinia striiformis), Озимая рожь начинает ассимиляцию СО2 уже при температурах 2 … 3 °С, весной она раньше других культур начинает свое развитие. Для нее более пригодны места с более прохладным климатом.

Тритикале по этим свойствам занимает промежуточное положение между пшеницей и рожью. В зависимости от сортов оно склоняется по требованию к температуре то к одной, то к другой культуре.

Озимый ячмень отличается ранним началом вегетации, при постепенно возрастающих температурах. Быстрое потепление весной вызывает быстрый выход в трубку и не позволяет достичь необходимой для высоких урожаев густоты стеблестоя. И яровой ячмень предпочитает места, которые позволяют ранний посев. Раннее его развитие лучше происходит при более прохладной погоде с медленно поднимающимися температурами.

Быстрый подъем температур весной не позволяет достичь высоких урожаев. Овес – растение более прохладного климата. Требования к теплу у него невысокие.

Зерновые отличаются и по потребности во влаге, причем это выражено поразному на разных стадиях развития. О потребности в воде можно судить по коэффициенту транспирации, т. е. по потреблению воды (кг) для образования 1 кг сухой массы. Оно различно у разных видов зерновых (табл. 86), и сильно зависит от внешних условий, что видно из табл. 87.

–  –  –

Коэффициенты эвапотранспирации Коэффициент транспирации в опытах в Германии Культура в Акроне, Колорадо (США) 1-й опыт 2-й опыт 3-й опыт Яровая пшеница 557 388 301 359 Яровой ячмень 518 – 224 312 Овес 583 278 – – Обычно по методическим причинам во многих опытах определяют не только транспирацию, но и эвапорацию почвы, т. е. эвапотранспирацию. Так на самом деле определяют коэффициент эвапотранспирации или водопотребления [427]. В России называют коэффициенты водопотребления для озимых ржи и пшеницы от 700 до 1 250 м3/т, а для яровых колосовых от 1 100 до 1 400 м3/т урожая [191].

Пшеница во время вегетации относительно требовательна к влаге. Это объясняется как высоким коэффициентом транспирации, так и тем фактом, что она вследствие своего позднего роста и развития не в состоянии использовать в полной мере зимние запасы влаги. Озимая пшеница лучше других культур переносит осенний посев во влажную почву и весеннее переувлажнение. Из-за относительно слабо развитой корневой системы и чувствительности к кратковременным периодам засухи она предпочитает почвы, способные накапливать и задерживать влагу.

Рожь менее требовательна к влаге. Благодаря своей сильно развитой корневой системе и раннему максимуму потребности в воде она хорошо использует запасы зимней влаги в почве. Высокие зимние осадки не требуются.

Сухая осенняя погода благоприятна, особенно во время посева, так как рожь чувствительна к посеву во влажную почву. Достаточные осадки при низких температурах в период выхода в трубку необходимы для равномерного и полного стеблевания, что очень хорошо для достижения высоких урожаев.

Многолетняя урожайность в зависимости от погодных условий в Рис. 64 стационарном опыте университета им. Братьев Гумбольдт в Далеме (Берлин, северо-восток Германии) [436] Во время цветения для нее лучше всего подходит погода без осадков. После цветения рожь не столь требовательна к уровню влаги, но на легких почвах даже несильная засуха вызывает недостаточный налив зерен.

Многолетнее (45-летнее) сравнение озимой ржи с яровыми культурами на песчаной почве опытного поля в Далеме (Берлин) показывает, что урожайность при этих условиях менее зависит от осадков весной-летом, чем у яровых культур. Она в многолетнем среднем выше и менее колеблется (рис. 64). Опыт показывает также, что в разные годы разные компоненты урожайности по разному участвуют в формировании урожайности (рис. 65) этих культур [436].

Потребность тритикале во влаге выше, чем у ржи. Коэффициент транспирации также выше, чем у ржи. Для продолжительной фазы налива зерен и хорошего созревания лучше всего равномерное распределение осадков при низких температурах и сухая теплая погода в фазе созревания.

Обильные осадки после колошения могут вызывать полегание. Дождливая погода между колошением и цветением способствует поражению колосовым септориозом (Staganospora nodorum). Как и рожь, тритикале прорастает при дождливой погоде в фазе созревания. Слишком сухую и теплую погоду в фазе образования и налива зерен тритикале переносит лучше, чем пшеница, но хуже, чем рожь.

Многолетние колебания урожайности ржи, ярового ячменя и овса и Рис. 65 их компонентов в зависимости от погодных условий в стационарном опыте университета им. Братьев Гумбольдт в Далеме (Берлин, северо-восток Германии) [436] Озимый ячмень благодаря своему раннему выходу в трубку хорошо использует зимние осадки. Поэтому он дает и на более легких почвах, и в засушливые годы относительно высокие урожаи. Но сильные зимние осадки и связанное с этим позднее созревание почвы весной также отрицательно влияют на его развитие, как и высокая влага весной. Так как период от колошения до спелости имеет большое значение для формирования урожайности, достаточное снабжение водой при умеренных температурах удлиняет у здоровых посевов фазу налива. Она необходима для высоких урожаев.

На ранней фазе развития для ярового ячменя предпочтительна сухая погода при умеренных температурах. Такие условия заставляют молодые растения внедряться со своей слаборазвитой корневой системой в более глубокие почвенные слои Этим достигается более высокая устойчивость к засухе и предотвращается преждевременная спелость. Во время выхода в трубку, колошения, цветения и начала образования зерен яровой ячмень наиболее требователен к влаге, но обильные осадки при высоких температурах на богатых питательными веществами почвах вызывают чрезмерное кущение и полегание.

На почвах с достаточной водозадерживающей способностью умеренные осадки или более прохладная, но солнечная погода в этом периоде противодействуют полеганию и создают благоприятные условия для высоких урожаев, в то время как чрезмерно влажная погода при низких температурах содействует поражению желтой ржавчиной (Puccinia striiformis). При недостатке осадков в июне-июле на почвах с хорошей влагоудерживающей способностью для культуры ячменя создаются предпосылки для получения хорошего урожая зерна и его качества. В то же время на почвах со слабой влагоудерживающей способностью или недостаточным запасом влаги возможны большие недоборы урожая зерна. При недостатке воды в фазе выхода в трубку колосья остаются во влагалищах и не дают урожая или после выпадения осадков происходит формирование новых стеблей – подгона.

Овес очень требователен к влаге. Высокая относительная влажность и частые осадки – предпосылки для высоких урожаев. Урожайность овса растет почти параллельно с количеством летних осадков. На недостаток воды в фазе стеблевания он реагирует более чувствительно, чем другие виды зерновых.

Такой недостаток воды вызывает снижение густоты стояния, стебли остаются короткими и количество зерен в метелке резко уменьшается. Дожди во время цветения благоприятно влияют на образование и налив зерен. Овес меньше других зерновых требователен к свету, хорошо переносит частую облачность и туманы, этим он приспособлен к атлантическому климату.

Суммируя вышеизложенное, можно по отрицательным действиям климатических факторов на урожайность видов зерновых установить следующий убывающий ряд:

• повреждения вымерзанием: озимый ячмень озимой пшеницы озимой тритикале озимой ржи;

• повреждения поздними заморозками во время цветения: озимый ячмень озимой ржи;

• повреждения из-за недостатка влаги (во взаимодействии с почвенными свойствами и при приближении к полной реализации потенциальной урожайности): овес яровой пшеницы озимой пшеницы ярового ячменя озимой тритикале озимой ржи озимого ячменя;

• повреждение дождем и ветром (в форме полегания после колошения):

озимая рожь озимой тритикале многорядного озимого ячменя овса ярового ячменя двухрядного озимого ячменя яровой пшеницы озимой пшеницы ;

• повреждение в форме прорастания зерен после созревания :

рожь тритикале пшеницы и овса ячменя.

3.2 Почвенные условия Разные виды зерновых относительно своих требований к почвенным условиям сильно различаются.

Вид почвы и ее уровень плодородия при выращивании пшеницы в большей мере определяют урожайность, чем у других зерновых. Она лучше всего растет на богатых гумусом коллоидных с мощным пахотным слоем почвах, с хорошей буферной способностью и богатых питательными веществами.

Лучшие почвы для выращивания пшеницы – лессовые и лессово-суглинистые. Хорошо она растет и на богатых известью почвах аллювиального происхождения в низменностях рек, на почвах, образующихся на известковых и щелочных материнских породах (известняк-ракушечник, базальт).

На тяжелых илистых почвах ее выращивание также возможно, если не застаивается вода и почва хорошо известкована, а благодаря органическим удобрениям достигнута необходимая спелость почвы. Выращивание пшеницы на песчаных суглинках зависит от уровня плодородия этих почв. Сравнение урожайности озимой пшеницы с урожайностью других культур зерновых в многолетних опытах на точно сравниваемых местах выращивания в Германии показали, что она при возрастающих баллах бонитировки почв дает больший прирост урожайности, чем другие культуры (рис. 66).

Сравнение урожайности озимой пшеницы с урожайностью других Рис. 66 зерновых культур в многолетних опытах на точно сравниваемых местах выращивания в Германии.

Рожь имеет большую приспособленность к разным почвам. У нее мало специфических требований к ним. Она лучше растет на слабокислых почвах, но ее можно с успехом выращивать и на почвах со щелочной реакцией, и с сильнокислой реакцией (рис. 67).

Рост зерновых при разной кислотности почвы (рН)Рис. 67

Урожайность ржи по сравнению с урожайностью других зерновых Рис. 68 при возрастающих бонитировках почвы. Результаты многолетнего опыта на северо-востоке Германии Рожь нетребовательна и относительно вида почвы. Она растет на всех почвах, если они не страдают от застоя влаги, хотя предпочитает вместо песчаных почв суглинистые и илистые. Но, несмотря на свои низкие требования к почве по сравнению с другими зерновыми и на свою относительно стабильную урожайность на более бедных песчаных почвах, рожь реагирует на плодородие почв лучшей урожайностью. Это показывают и многолетние опыты на северо-востоке Германии (табл. 88, рис. 68) Влияние бонитета почвы на урожайность ржи Та б л и ц а 8 8 Бонитет Относительная урожайность, % 28 … 33 128 34 … 39 136 40 … 44 146 45 … 49 154 Однако, чем выше качество почвы, тем больше снижается ее специфическая урожайность по сравнению с другими зерновыми. Она имеет на песчаных почвах с низким уровнем грунтовых вод самую наивысшую специфическую урожайность, несмотря на большие колебания урожайности на этих почвах. У гибридной ржи требования к почвенным условиям выше, чем у популяционных сортов.

Зависимость между Рис. 69 бонитетом почвы Требования тритикале к почвам тоже и урожайностью выше, чем у ржи. На песчаных почвах пшеницы, тритикале и с низким уровнем грунтовых вод ей ржи (1986 … 1990 гг.) может вредить засуха. Но на песчаном суглинке и супесчаных почвах тритикале, как правило, растет хорошо. Потенциальная урожайность на более плодородных почвах выше, чем у ржи, но ниже, чем у пшеницы (рис. 69).

Ячмень является довольно требовательной к почвенным условиям культурой. Для высоких урожаев он требует почвы, которые обеспечивают его в достаточной мере водой и питательными веществами. Это особенно касается ярового ячменя. Относительно видов почв у него такие же требования, что и у пшеницы, но он более требователен к содержанию извести в почве.

Он лучше всего растет при нейтральной и даже слабощелочной реакции почвенной реакции и требует свободного карбоната кальция в почвенном слое.

Ячмень очень чувствителен к заплыванию почвы. Поэтому сырые, мало оструктуренные почвы непригодны для его выращивания. На песчаных почвах успех выращивания ячменя зависит от достаточного и равномерного распределения осадков во время вегетации.

Овес. При достаточном снабжении водой его можно с успехом выращивать на всех почвах. Он особенно хорошо растет на богатых влагой и питательными веществами аллювиальных почвах. Он также хорошо растет на почвах, образовавшихся вследствие выветривания материнских пород, имеющих маломощный пахотный слой, во влажных местностях. Его незначительная чувствительность к кислой реакции почвы и к окультуренности позволяет выращивать его первой культурой на впервые включенных в пашни почвах. Щелочная реакция ему мало вредит на почвах с хорошей буферной способностью, но на легких почвах она может быть причиной недостатка микроэлементов. На болотистых почвах он часто единственный вид зерновых, который стоит выращивать. Но здесь требуются устойчивые к полеганию сорта с поздним цветением. На песчаных почвах овес можно выращивать, если обеспечить его потребность в воде. Непригодны песчаные почвы в регионах с осадками менее 500 мм в год.

Суммируя вышеизложенное, можно по отрицательным действиям неблагоприятных почвенных условий во взаимосвязи с определенными погодными условиями на урожайность видов зерновых установить следующий убывающий ряд:

• низкие показатели рН почвенного раствора:

пшеница ячменя тритикале овса и ржи;

• застойная влага: прорастающий семенной материал молодых посевов (меньше испаряющих) старых посевов ( больше испаряющих);

• недостаток микроэлементов (Cu, Mn и др., типичньх для определенных почв,например, болотистые почвы):

овес пшеницы ячменя тритикале ржи;

• недостаток макроэлементов:

пшеница ячменя тритикале овса ржи.

3.3 Суммарные требования Требования к выращиванию отдельных видов зерновых можно суммировать следующим образом.

Озимая пшеница дает самые высокие урожаи на богатых питательными веществами с глубокими горизонтами А и Б коллоидных почвах, которые находятся в хорошо окультуренном состоянии (черноземы, лессовые почвы) с высокими числами бонитировки (50). Чем легче механический состав почвы, тем выше требования к факторам интенсификации и культуре земледелия. Ограничивающие факторы выращивания – низкие зимние температуры и обеспеченность влагой во время вегетации. Чем легче почвы, тем большее значение имеют осадки и их распределение. В целом озимая пшеница предпочитает засушливую погоду осенью и раннее потепление весной, что позволяет удовлетворить ее потребности во влаге при возобновлении вегетации.

Яровая пшеница имеет такие же требования к месту выращивания, как и озимая пшеница. Отпадают ограничения по низким зимним температурам.

Озимая рожь считается видом зерновых для легких почв. Так как у нее хорошая поглотительная способность для воды и питательных веществ, на песчаных почвах она дает хорошие урожаи. Ее урожайность на супесчаных и легких суглинках выше, но здесь она может конкурировать с ячменем и пшеницей только при экстремальных климатических условиях.

Выращивание ржи ограничивается не только климатическим фактором.

Она чувствительна к посеву в сырую почву, требует условий для быстрого осеннего развития. Во время цветения она страдает от холода и влаги, а от последней еще и в конце фазы созревания. Гибридная рожь более требовательна к почвенным условиям.

Тритикале по ее требованиям к месту произрастания можно поставить между рожью и пшеницей. По длине колоса и стебля, а также плотности колоса тритикале чаще всего уступает ржи, но превосходит пшеницу. Наивысшая урожайность его достигается на почвах со средним и лучшим бонитетом.

Оно требует достаточной влаги. Относительно морозостойкости оно ближе к озимой пшенице. Как и рожь, тритикале страдает от холодной дождливой погоды во время цветения. При дождливой погоде во время созревания существует опасность снижения качества урожая от прорастания зерен.

Для фазы налива зерен и хорошего созревания лучше всего равномерное распределение осадков при низких температурах и сухая теплая погода в фазе созревания. Сильные осадки после колошения могут вызывать полегание. Дождливая погода между колошением и цветением способствует поражению колосовым септориозом (Staganospora nodorum). Как и рожь, тритикале прорастает при дождливой погоде в фазе созревания. Слишком сухую и теплую погоду в фазе образования и налива зерен тритикале переносит лучше, чем пшеница, но хуже, чем рожь.

Озимый ячмень менее требователен к почвам, чем пшеница, но выращивание его значительно ограничивается климатическими условиями, особенно температурой. Он дает высокий урожай на почвах с бонитетом около 30, если они не кислые. Озимый ячмень хорошо использует почвенную влагу, накопившуюся зимой. Любит регионы с быстрым потеплением почв весной.

Зимы с сильными бесснежными морозами (–15 °С и ниже) и с длительным снежным покровом (из-за поражения болезнями) не переносит.

Благодаря своему раннему выходу в трубку им хорошо используются зимние осадки. Поэтому он дает и на более легких почвах, и в засушливые годы относительно высокие урожаи. Но обильные зимние осадки и связанное с этим позднее потепление весной отрицательно влияют на его развитие, как и высокая влага весной. Так как период от колошения до спелости имеет большое значение для формирования урожая, то достаточное снабжение водой при умеренных температурах в этот период удлиняет у здоровых посевов фазу налива, благодаря чему обеспечивается получение наиболее высоких урожаев.

Возделывание ярового ячменя для кормовых целей почти не ограничено почвенными условиями. Его можно выращивать на почвах начиная от бонитета 22, если почвенная реакция не кислая. Урожайность на легких почвах прямо зависит от суммы и характера распределения осадков в вегетационном периоде.

Возделывание пивоваренного ячменя требует лучших почв (бонитет 28) и климатических условий, которые обеспечивают полное завязывание и налив зерен. Во время созревания требуется сухая, теплая погода. На ранней фазе развития для ярового ячменя оптимальной является сухая погода при умеренных температурах. Такие условия заставляют молодые растения внедряться со своей слаборазвитой корневой системой в более глубокие почвенные слои. Этим достигается более высокая устойчивость к засухе и предотвращается преждевременная спелость. Во время выхода в трубку, колошения, цветения и начала образования зерен яровой ячмень наиболее требователен к влаге. Но обильные осадки, связанные с высокими температурами, на богатых питательными веществами почвах вызывают дополнительное чрезмерное образование стеблей и их полегание.

На почвах с достаточной водоудерживающей способностью умеренные осадки или более прохладная, но солнечная погода в этом периоде противодействуют полеганию и создают благоприятные условия для высоких урожаев. Чрезмерно влажная погода при низких температурах способствует поражению желтой ржавчиной (Puccinia striiformis).

Погодные условия сильно влияют и на качество пивоваренного ячменя (доля выполненного зерна, содержание протеина). Многолетние опыты на песчано-суглинистой почве в Восточной Германии показали большое влияние осадков в мае-июне на содержание протеина в зерне (рис. 70).

Температура воздуха в фазе колошения повышает содержание сырого протеина в зерне и снижает долю выполненных зерен, как видно из рис. 71.

–  –  –

Успех выращивания овса в первую очередь зависит от снабжения водой.

Регионы с частыми осадками и высокой влажностью воздуха и почвы, с высоким уровнем грунтовых вод обеспечивают при умеренных температурах хороший урожай. Урожайность овса растет почти параллельно с количеством летних осадков. На недостаток воды в фазе стеблевания он реагирует более чувствительно, чем другие виды зерновых. Такой недостаток воды вызывает снижение густоты стояния, стебли остаются короткими, и количество зерен в метелках резко уменьшается. Дожди во время цветения благоприятно влияют на образование зерен и их налив. Овес меньше других зерновых требователен к свету, хорошо переносит частую облачность и туманы.

4 Место зерновых в севообороте Севооборот является важным принципом порядка при сельскохозяйственном землепользовании. Правильный севооборот с учетом совместимости культур и соблюдением необходимых пауз при возвращении одной и той же культуры на прежнее место – залог здоровых посевов. Использование этих факторов производства зерновых позволяет достичь высоких урожаев с меньшими затратами. Благодаря севообороту рационально используются все природные и экономические условия для достижения оптимальных урожаев зерновых и высоких чистых доходов.

На организацию севооборота и лежащее в его основе соотношение между отдельными культурами влияют:

• рынок зерна (реализуемые цены);

• потребности собственного хозяйства в зерне (животноводство);

• почвенно-климатические условия;

• расположение хозяйства по отношению к рынку (элеватор, порт и т. д.);

• оснащенность техникой и рабочей силой.

Включение отдельных зерновых культур в севооборот определяется их ожидаемой урожайностью и различной способностью использовать действие предшественника на урожайность.

Прямой эффект от предшественника, хотя и комплексный, но можно различать следующие факторы его действия:

• растительные осадки предшественника;

• действие предшественника на структуру почвы;

• срок уборки предшественника;

• влияние предшественника на засорение и пораженность болезнями и вредителями (рис. 72).

Предшественники отличаются разным количеством растительных остатков после их уборки (табл. 89) и по своему составу.

Взаимосвязь между предшественниками и следующей культурой Рис. 72 В зависимости от количества корнепожнивных остатков при минерализации образуется разное количество питательных веществ, особенно азота (табл. 90).

Особое значение имеет и отношение углерода к азоту (С : N), которое у различных растительных остатков различно (табл. 91).

–  –  –

Культура Отношение С:N Культура Отношение С:N

Яровой ячмень 21,9:1 Рапс 16,9:1

Озимая пшеница 20,6:1 Клевер, люцерна 12,0:1

Озимая рожь 19,6:1 Картофель 10,1:1

Овес 19,3:1 Сахарная свекла 9,9:1

Озимый ячмень 18,7:1 Горох 9,1:1

Так как минерализация проходит в полной мере только когда отношение С : N 20 : 1, то в севообороте необходимо учитывать использование фиксированного азота. Например, после зерновых как предшественника, зерновым необходимо внести дополнительный азот, так как низкое содержание азота в растительных остатках (С : N 20 : 1) ведет к азотному голоданию зерновых (азот необходим для деятельности почвенных бактерий). После зернобобовых (гороха), наоборот, не требуется внесения дополнительного азота. В регионах с мягкими зимами и обильными осенне-зимними осадками существует опасность того, что азот осенью не в полной мере усваивается зерновыми и вымывается.

При оценке действия предшественника необходимо учитывать и остатки гербицидов в почве.

В засушливых регионах или в сухие годы чрезмерное водопотребление культуры может снизить ее пригодность в качестве предшественника. В таких ситуациях летние запасы влаги в почве так низки, что не хватает воды для прорастания семян озимых зерновых. Это часто наблюдается при засушливых условиях после люцерны, клеверно-травянистых смесей, кукурузы на зерно или сахарной свеклы. В таких случаях приходится заменять озимые зерновые яровыми. В засушливых регионах СНГ в севообороты часто включают пары. Пары – признак экстенсивного хозяйствования. При оценке роли паров в качестве предшественника надо исходить из того, что урожайностью последующей культуры должны окупаться затраты двух лет. Кроме этого пары проблематичны в экологическом плане (ветровая эрозия). Во многих случаях при применении паров затраты не окупаются, как показывают, например, многолетние опыты в лесостепи Украины (рис. 73). Однако в экстремально засушливых регионах, с годовыми осадками менее 350 мм, где возможно только экстенсивное хозяйствование, они, напротив, экономически оправданы [272].

Зависимость урожайности озимой пшеницы от предшественника [63] Рис. 73 Влияние предшественника на структуру почвы (образование грубых пор и прочной комковатой структуры) тем лучше, чем дольше он своей биологической массой покрывает почву (теневая спелость почвы) и чем больше развита корневая система (табл. 92).

Сухая масса корней и глубина их проникновения у разных культур [765] Та б л и ц а 9 2

–  –  –

Улучшающий структуру эффект предшественников зерновых растет в следующей последовательности: яровые промежуточные культуры озимые промежуточные культуры яровые зерновые, ранний картофель, горох поздний картофель, кукуруза, сахарная свекла озимые зерновые, озимый рапс многолетние травы.

Положительный структурный эффект снижается при уборке предшественника тяжелой уборочной и транспортной техникой и при слишком влажной почве.

Срок уборки предшественника имеет особое значение при выращивании зерновых. Если срок уборки предшественника не обеспечивает необходимого качества предпосевной обработки почвы и соблюдения оптимальных сроков посева озимых зерновых, лучше выращивать яровые.

Сорняки вредят последующей культуре своим влиянием на все вышеназванные эффекты предшественника и возможным дальнейшим своим размножением, которое в последующей культуре может привести к образованию конкурентоспособной популяции. Существует богатая по своим видам и представителям сорная флора, которая приспособлена к севооборотам. Состав популяции сорняков в определенных границах специфичен для каждой культуры. В посевах озимых зерновых преобладают сорняки, прорастающие осенью и зимой, в посевах яровых зерновых – прорастающие весной. Плотность их популяции в зерновых культурах зависит от их подавления предшественниками и от интенсивности борьбы с ними при выращивании предшественника. Озимые зерновые в качестве предшественника для озимых способствуют распространению метлицы полевой (Apera spica-venti) и лисохвоста полевого (Alopecurus myosuroides). Яровые зерновые перед яровыми способствуют распространению овсюга обыкновенного (Avena fatua). Озимые и яровые в густых, рано смыкающихся посевах способствуют снижению плотности сорняков. Серьезной проблемой, особенно в семеноводческих посевах, может быть и падалица от культурных зерновых предшественников.

Накопление в почве возбудителей болезней и вредителей зерновых, приносящих вред корневой системе и основанию стебля, в большой мере зависит от предшественника. Важные возбудители болезней и вредители зерновых, которые вредят в зависимости от севооборота и предшественника на данном поле, представлены в табл. 93.

–  –  –

Севооборот влияет, прежде всего, на почвообитающих возбудителей болезней и вредителей, при этом разные части севооборота влияют на них поразному. Один предшественник-хозяин обеспечивает более сильное развитие возбудителя или вредителя, чем другой. При выращивании одного нехозяина они уменьшаются сильнее, чем при выращивании другого. Из этого вытекает их разная пригодность в качестве предшественников. С другой стороны, разные виды зерновых и даже сорта реагируют на пораженность разным уровнем снижения урожайности (табл. 94), что надо учитывать при составлении севооборотов. Вызванное корневыми и прикорневыми гнилями (Pseudocercosporella herpotrichoides, Gaeumannomyces graminis, Fusarium spp., Rhizoctonia solani) вредное действие у зерновых культур возрастает, наприВзаимоотношения между видами и формами зерновых и Та б л и ц а 9 4 цистообразующей зерновой (овсяной) нематодой (Heterodera avenae) и возбудителем церкоспореллезной корневой гнили зерновых (Pseudocercosporella herpotrichoides) [280]

–  –  –

мер, в такой последовательности: яровой ячмень яровая и озимая рожь озимый ячмень яровая пшеница озимая пшеница. А у овса, который является санирующей культурой в отношении к комплексу этих гнилей, это действие увеличивается при поражении цистообразующей зерновой (овсяной) нематодой (Heterodera avenae) в последовательности: озимый ячмень, озимая рожь озимая пшеница яровой ячмень овес.

Heterodera avenae способна сильно размножаться на овсе и ячмене, а на пшенице и ржи – практически нет. Кроме этого, у зерновых существуют еще большие сортовые различия. У этого возбудителя взаимоотношение с культурами еще больше усложняется, так как существует, по крайней мере, 10 их разных патотипов.

Овес слабо поражается возбудителем инфекционного полегания, грибом Pseudocercosporella herpotrichoides, а возбудителем черной ножки (офиоболезы), грибом Gaeumannomyces (Ophiobolus) graminis, как правило, не заражается. Сильным снижением урожайности реагируют озимая пшеница и озимая рожь на поражение инфекционным полеганием, а озимая пшеница, озимая рожь и яровой ячмень – на поражение черной ножкой.

Если необходимо, включить в севооборот подряд две восприимчивые к определенному вредному организму зерновые культуры, то первой выращивают более восприимчивую, а второй – менее восприимчивую. Например, по чувствительности к возбудителю церкоспореллезной прикорневой гнили (Pseudocercosporella herpotrichoides) первой выращивают пшеницу, потом - ячмень. На интенсивность поражения P. herpotrichoides больше влияют погодные условия, чем на степень поражения грибом G. graminis. Относительно почвенных условий все происходит наоборот: на легких почвах пораженность выше, на более тяжелых – ниже (рис. 74).

Влияние типа почвы на пораженность корневыми гнилями [280]Рис. 74

Хотя овсяная нематода при высокой концентрации зерновых встречается на всех почвах, но самый большой вред она приносит на легких почвах. На пригодность предшественника для зерновых влияет обработка почвы после него. Так, фузариоз колосьев озимой пшеницы, вызванный разными видами рода Fusarium, которые в зернах образуют микотоксин деоксиниваленол (ДОН), развивается во много раз сильнее после кукурузы при бесплужной обработке почвы, чем при обработке с плугом (рис. 75).

Влияние разных комбинаций предшественников на урожай зерновых зависит и от плодородия почвы, что видно из табл. 95 на примере озимой пшеницы.

Чем беднее почвы, тем более тем более важно размещать зерновые после оптимального предшественника.

Зависимость пораженности озимой пшеницы разными видами Fusarium и Рис. 75 образования ДОН в зернах от предшественника и обработки почвы (643) В севооборотах, насыщенных зерновыми, в последние годы часто выращивают озимые зерновые по озимым зерновым. Такие посевы требуют дополнительных затрат на средства защиты растений, которые окупаются только при очень высоких ценах на зерно. Как правило, в таких севооборотах снижается урожайность от 8 … 15 % (табл. 96).

В насыщенных зерновыми севооборотах выращиванием промежуточных культур можно повысить урожайность, если удаются достаточно хорошие посевы этих культур в данной местности, т. е. при достаточной влаге и длительности вегетации (табл. 97).

Учитывая совокупность всех действий предшественников зерновых и влияние зерновых и влияние зерновых как предшественников на другие культуры, в севообороте можно провести следующую группировку (рис. 76.).

–  –  –

Возрастающая доля зерновых, урожайность и пораженность их Рис. 79 корневыми гнилями (в среднем за несколько севооборотов) [280] В целом урожайность зерновых снижается с возрастающей долей зерновых, но медленнее, чем растет пораженность. Опыт показывает, что с ростом доли зерновых в пашне от 40 до 60 % особенно не наблюдается значительных изменений в урожайности и в поражаемости посевов корневыми гнилями.

Снижение урожайности, как правило, происходит у овса пшеницы тритикале озимой ржи, озимого ячменя ярового ячменя.

При более благоприятных почвенно-климатических условиях снижение урожайности происходит медленнее, чем при худших (рис. 80).

Урожайность зерновых (%) в зависимости от доли зерновых в Рис. 80 севообороте (%) (среднее из 9 стационарных опытов в Германии) [808] К положительно действующим факторам относится кроме погодных условий антифитопатогенный потенциал почвы, под которым понимают «сумму всех действий, которые исходят от почвы (тормозящих и способствующих развитию) и в конечном итоге вызывают исключение или снижение численности популяции вредных организмов.

Этот потенциал зависит от природных условий места выращивания, физикохимических и биологических свойств почвы. На него можно влиять мелиоративными и агротехническими мероприятиями, особенно внесением органических удобрений. Многолетние опыты по монокультуре, особенно зерновых показывают, что урожайность при этом в связи с ростом популяции вредных почвообитающих организмов в первые годы сильно снижается, но через ряд лет урожайность опять повышается, а пораженность снижается.

Этот эффект называется «decline-эффектом».

Он наблюдается у разных возбудителей болезней, особенно злаковых культур, прежде всего офиоболеза зерновых (Gaeumannomyces graminis) (рис. 81).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |



Похожие работы:

«УДК 621.313.320 ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В УКРАИНЕ Шевченко В. В., Лизан И. Я. Украинская инженерно – педагогическая академия, г. Харьков, г. Артемовск Определены проблемы создания, внедрения в...»

«ПРОДУКТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Дробот В.И., д.т.н., профессор; Михоник Л.А., к.т.н., Грищенко А., аспирант Национальный университет пищевых технологий, г. Киев Углубление знаний человечества о роли продуктов питания в состоянии здоровья в условиях экол...»

«Сельское хозяйство и аграрная политика в России: 1975–2005 гг. 2 ЛЕСНОЙ СЕКТОР ЭКОНОМИКИ РОССИИ ЗА 30 ЛЕТ Н.А. Моисеев Леса России занимают 22% площади мирового лесного покрова и играют исключительно важную роль планетарного значения для самой жизни на Земле. Они являются надежным...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРО...»

«УДК 556.166 Ладжель Махмуд, к.г.н. Университет Сэтиф, Алжир Гопченко Е.Д., д.г.н., Овчарук В.А, к.г.н. Одесский государственный экологический университет ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОГРАФОВ ДОЖДЕВЫХ ПАВОДКОВ Н...»

«© 1994 г. С.М. НАВАСАРДОВ ДЕМОГРАФИЧЕСКАЯ СИТУАЦИЯ И СОЦИАЛЬНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИХ РЕФОРМ В МАГАДАНСКОЙ ОБЛАСТИ НАВАСАРДОВ Сергей Михайлович — доктор медицинских наук, главный научный сотрудник Института биологических проблем Севера ДВО РАН. Тенденции воспроизводства и миграции населения Магаданской области (включая Чукотский автономный о...»

«DEFRO-RU – ІНСТРУКЦІЯ ОБСЛУГОВУВАННЯ TECH Декларація згідності для командоконтролерів ST-DEFRO-RU № 34/2010 Ми, фірма ТЕХ (TECH), вул. С. Баторія 14, 34-120 Aндрихув, з повною відповідальністью заявляємо, що нами виготовляємі терморегулятори DEFRO-RU 23...»

«Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации Федеральное агентство по недропользованию ФГУГП "Гидроспецгеология" Центр мониторинга состояния недр на предприятиях Госкорпорации "Росатом" Методические рекомендации по ведению объектного мониторинга состояния недр на предприятиях Го...»

«Тренинг нарушенных функций мышц миографическим методом биологической обратной связи (БОС по ЭМГ) Методическое руководство к портативному носимому прибору для контроля инъекций, проведения сеансов БОС-тренинга и физиотерапевтической нейромиостимуля...»

«Примечания к финансовой отчетности 1 июля 2007 года АО "Илийский Картонно-Бумажный Комбинат" (Суммы указаны в тенге) 1. ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ АО “Илийский Картонно-Бумажный Комбинат” зарегистрировано в органах юстиции 29.07.2005 г. (дата первичной государственной регис...»

«Экологические сказки Экологические сказки Сказка входит в жизнь ребенка с самого раннего возраста, сопровождает на протяжении всего дошкольного детства и остается с ним на всю жизнь. Со сказки начинается его знакомство с миром литературы, с миром человеческих взаимоотношений и со всем окружающим миром в целом. Необходимо отме...»

«The Nuclear Gin. Part II. La Via dell’ECOLOGIA. Ядерный Джин. Часть II.1. Курс на Экологию. Введение.1.1. Ядерный день рождения, 1896-2013 г.г., 117 лет аварий 1.2. АВАРИЯ В ФУКУCИМЕ 1.3. АВАРИЯ НА АТОМНОЙ СТАНЦИИ ТРИ-МАЙЛ-АЙЛЕНД В ПЕНСИЛЬВАНИИ, США 1.4. АТОМНАЯ АВАРИЯ В ЧЕРНОБЫЛЕ, УКРАИНА 1.5. АТОМНАЯ БО...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени У.Д. АЛИЕВА" Кафедра биологии...»

«ВАЗОРАТИ МАОРИФ ВА ИЛМИ ЉУМЊУРИИ ТОЉИКИСТОН МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ДОНИШГОЊИ ДАВЛАТИИ ХУЉАНД БА НОМИ АКАДЕМИК БОБОЉОН FАФУРОВ ХУДЖАНДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА БАБАДЖАНА ГАФУРОВА НОМАИ ДОНИШГОЊ силсилаи илмњои табиатшиносї ва иќтисод...»

«Секция 4. Студенческое научное общество Список источников: 1. Оборотное водоснабжение промышленных предприятий / под общ. ред. А.Ф. Шабалина. – М.: Стройиздат, 1972.2. Диомидов Б. Б. "Технология прокатного производства"/ Д...»

«ПЕРСПЕКТИВЫ ВВЕДЕНИЯ В КУЛЬТУРУ БОБОВЫХ МЕСТНОЙ ФЛОРЫ Мустафаев С.М.1, Мурадов Ш.О.2, Киличева Д.И.3 Мустафаев Самадулло Муртазаевич доктор биологических наук, профессор, кафедра ботаники, Каршинский государственный университет; М...»

«Общественно политическая газета Областная Иркутск, 03.03.2010 Общество http://ogirk.ru/news/2010-03-03/botsad.html Оазис науки, образования и отдыха Разработан эскиз общегородского Иркутского ботанического сад...»

«EBRD Classification: INTERNAL Субпроект по обращению с твердыми отходами в Нуреке Таджикистан Страна: Номер проекта: 46409 Муниципальная и экологическая Отраслевой сектор: инфраструктура Государственный/частный сектор: Государственный сектор Экологическая категория: Дата про...»

«Управление природно-техногенной безопасностью эксплуатации грузоподъемного крана в сейсмоопасной среде производства В. С. Котельников, канд. техн. наук, начальник управления технологического надзора Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору России, г. Москва Г. Л. Кофф, докт. геол. наук, советник Мин...»

«Утверждены Решением Комиссии таможенного союза от 18 ноября 2010 г. N 455 ЕДИНЫЕ ФОРМЫ ВЕТЕРИНАРНЫХ СЕРТИФИКАТОВ Форма N 1 (1) ТАМОЖЕННЫЙ СОЮЗ (2) _ (наименование уполномоченного органа в области ветеринарии государства члена Таможенного Союза) (3) В...»









 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.