Питание и защита растений в засуху: как сократить потери урожая

Засуха 2023-го стала причиной гибели многих сельхозкультур по всей стране. Только в Омской области аграрии потеряли около 10 тыс. га посевов. Можно ли бороться с природными катаклизмами и как спасти урожай – эти вопросы мы задали ученым.

Леонид Юшкевич, главный научный сотрудник ФГБНУ «Омский АНЦ», доктор сельскохозяйственных наук: «В основных зерносеющих зонах уже четвертый сезон засушливый, повторяется пятилетие 1996–2000 годов».

– Зерновое производство в Омской области сосредоточено в 4 основных почвенно-климатических зонах с годовым количеством осадков от 300–340 мм в степной до 450–500 мм в северной – с различными ресурсами тепла и активных температур от 1800 в северной зоне до 2200 °С в засушливой степной, что необходимо учитывать в зональных агротехнологиях и при размещении сортов и культур. Данные почвенно-климатические условия относятся к рискованным. Для примера, в США, в зонах с выпадением осадков менее 500–600 мм зерновые и зернобобовые культуры практически не возделываются.

В основных зерносеющих зонах, где сосредоточено до 80 % посевов зерновых и зернобобовых культур, засухи (почвенные и атмосферные) – обычное явление. За последние 47 лет отмечалось 16 засух, в том числе 12 средней интенсивности, что привело к снижению продуктивности зерновых культур до 30–40 %.

Критический период у пшеницы, ржи, ячменя и овса в засуху – выход в трубку, колошение. Повреждение растений происходит в 2 фазы. В первый период в результате завядания прикрываются устьица, что приводит к снижению транспирации и увеличению температуры растения, уменьшению роста, сокращению листовой поверхности, понижению фотосинтеза и повышению дыхания. Во вторую фазу, под влиянием сухости и высоких температур, происходят более глубокие и часто необратимые последствия: изменяются физико-химические свойства и структура протоплазмы, что приводит к уменьшению синтеза белка и его распаду с выделением аммиака, что завершается коагуляцией протоплазмы и гибелью растений. Главное условие снижения отрицательных последствий – оптимизация водного, питательного режима почвы и фитосанитарного состояния посевов.

К сожалению, в основных зерносеющих зонах уже 4-й год засушливый, повторяется пятилетие 1996–2000 годов. Отрицательное влияние дефицита осадков за вегетативный период можно проследить в 2022 году в степной зоне, где урожайность составила только 1,19 т/га. Осадки были в основном агрономически малоценными. Так, в Русско-Полянском районе за вегетацию (май-август) выпало только 88 мм (51 % от нормы), урожайность составила 0,96 т/га, в Таврическом районе – 68 % – 1,16 т/га, Исилькульском – 62% – 1,63 т/га. В 2023 году в основном зерносеющем районе – Русско-Полянском – из 194 тыс. га посевов зерновых культур от засухи сильно пострадало около 150 тыс. га, или 77 %. А всего в текущем году засуха в сильной степени затронула 9 основных зерносеющих районов области.

Для смягчения отрицательных последствий засухи в основных зерносеющих почвенно-климатических зонах региона необходимо придерживаться в агротехнологиях сельскохозяйственных культур следующих рекомендаций:

1. Оптимизация зональной структуры использования пашни с долей паров в степной зоне до 16–18 %, в южнолесостепной – 14–16 %. К сожалению, площадь паровых полей в области сократилась с 550 до 400 тыс. га и составляет только 10,7–11,5 %.
2. Внедрение почвозащитных приемов обработки почвы, особенно в степной зоне, с сохранением стерневого покрова до 70–80 %.
3. Возделывание, согласно рекомендациям, кулис из горчицы, кукурузы в паровых полях. В 70–80-е годы доля кулисных паров в области составляла до 30–50 %, в ОПХ «Новоуральское» Таврического района до 80–100 % от общей площади пара.
4. В области утрачен эффективный агроприем для задержания дополнительно до 30–40 % зимних осадков: снегозадержание с помощью уплотнителей – валкователей снега (СВУ-2,6, УВС-10). В Казахстане этот агроприем успешно применяется.
5. Оставление стерни высокого среза до 30–40 см, применение очесывающих жаток.
6. Мульчирование почвы измельченной соломой с целью сокращения испарения влаги до 25–30 мм, подавления дефляции и пополнения органического вещества.
7. Качественное весеннее «закрытие» почвенной влаги с прикатыванием на зяблевых фонах.
8. Расширение посевов боле засухоустойчивых культур и сортов (твердая пшеница, ячмень, просо, подсолнечник, люцерна, сорго и другие).
9. Сокращение в структуре пашни повторных и бессменных посевов яровой пшеницы, имеющих высокий коэффициент водопотребления.
10. Оптимизация питательного режима почвы, применение удобрений, особенно фосфорных, сокращает водопотребление сельскохозяйственных культур.
11. По данным опытов в СибНИИСХозе, выполненных с помощью меченых атомов, сорняки в 2,8 раза быстрее, чем яровая пшеница, усваивают фосфор из вносимых удобрений. Многолетние широколистные сорняки при численности 100–200 шт./м² за вегетацию способны усвоить с 1 га 60–140 кг азота, 20–30 кг фосфора, 100–140 кг калия и более 100 мм продуктивной влаги, что достаточно для формирования урожайности пшеницы до 3,0 т/га.
12. Трансприрационый коэффициент у сорняков в 2–3 раза больше, чем у яровой пшеницы. Так, на 100 растений суточный расход влаги составляет у яровой пшеницы 0,8–1,2 мм, щирицы – 3,3 мм, пикульников – 1,9 мм, осота полевого – 4,5 мм. В этой связи доля сорного компонента в посевах сельскохозяйственных культур, особенно в засушливой степной зоне, не должна превышать слабого уровня – до 5–10 % от биомассы агрофитоценоза.
13. Для рационального водопотребления зерновых культур должны быть созданы благоприятные условия для оздоровления фитосанитарного состояния посевов (корневые, листостеблевые инфекции, вредители).
14. Расширение посевов озимых культур, орошаемого земледелия.

Ольга Черепанова, к.с.-х.н., доцент кафедры общего земледелия, растениеводства и защиты растений Алтайского государственного аграрного университета, руководитель Центра компетенций развития органической и «зеленой» продукции Роскачества в Алтайском крае: «Усиленное питание в условиях стресса может навредить растениям».

– Большая часть осадков приходится на осенне-зимний и начало весеннего периодов. В это время растения не вегетируют, то есть они не используют влагу. Нужно сделать так, чтобы как можно больше этой влаги сохранилось в почве. А это значит, что почва должна хорошо впитывать, удерживать, не позволяя воде стекать вниз, и нужно снизить испарение воды с поверхности. Чтобы почва впитывала и удерживала влагу, как губка, необходимо органическое вещество – это гумус, содержание которого, к сожалению, в пахотных почвах очень сильно снижено (должно быть 4,5–6 % и больше), а также свежие растительные остатки. То есть необходимо возделывать многолетние травы в севообороте, в паровых полях – сидеральные культуры для заделки зеленой массы в почву: горчицу, овес, люпин белый, донник и другие.

В зимний период обязательно проведение снегозадержания. Кстати, необязательно использовать технику для этого, остатки растений великолепно с этим могут справиться. После уборки на полях остаются срезанные стебли, чем они выше, тем больше снега смогут накопить на поле. Для уборки культур рекомендуется использовать очесывающие жатки, которые не срезают растение, а снимают только колос или метелку. Для предотвращения испарения нужно закрыть естественные поры почвы, по которым влага активно теряется, – это проведение мелких обработок почвы, и этот взрыхленный слой будет выполнять роль мульчи.

При традиционных технологиях возделывания культур (когда применяют механическую обработку почвы) в большинстве хозяйств проводится раннее весеннее боронование – операция, которая позволяет закрыть влагу в почве. При минимальных или нулевых технологиях (когда сокращается глубина и количество механических обработок почвы или от них отказываются совсем) остатки растений, равномерно распределенные по поверхности почвы, являются мульчирующим слоем, предотвращающим испарение, а еще этот слой конденсирует влагу из приземного слоя воздуха при смене дневных и ночных температур.

Также выбор сроков посева очень сильно влияет на устойчивость культуры. Посев в более ранние сроки позволяет растению сформировать более сильную корневую систему, которая будет брать влагу из нижележащих слоев почвы. Семена перед посевом следует обрабатывать стимуляторами корнеобразования, в процессе вегетации препараты на основе кремния повышают обводненность тканей растения и позволяют быть более засухоустойчивыми».

Из зерновых злаковых менее засухоустойчивыми являются озимые рожь и пшеница, овес, из бобовых – горох, соя, а также картофель, лен, из многолетних трав – люцерна. В развитии любой сельскохозяйственной культуры есть периоды наибольшей потребности во влаге, зная наступления этих периодов нужно подбирать сроки посевов таким образом, чтобы совместить время их наступления с более увлажненными периодами. Так, критическими фазами в развитии пшеницы, ржи, ячменя, овса являются «выход в трубку – колошение», для кукурузы – «начало цветения – молочная спелость», для подсолнечника – «образование корзинки – цветение», для картофеля – «начало бутонизации – цветение». Помочь растениям в условиях стресса могут водорастворимые удобрения, особенно калийные, так как калий активно участвует в регуляции работы устьиц. Также к препаратам-антистрессантам можно отнести гуматы и содержащие аминокислоты. Но применять их нужно все-таки чуть заблаговременно, то есть дать растению подготовиться, эффективны они будут и в восстановительном периоде.

Усиленное питание в условиях стресса не только не полезно растениям, но может и навредить. Нужно понимать, что высокие дозы элементов питания усиливают активность фотосинтеза, что в конечном итоге приведет к торможению развития растения, так как оно не будет способно использовать все накопленные сахара. Если это происходит, то растение все время хочет пить и, не имея достаточного количества воды, испытывает стресс. В этих условиях нужны дробные листовые подкормки низкими концентрациями. Лучше всего из азотных удобрений подходит карбамид, который не вызывает подкисления клеточного сока. Его рН соответствует основному раствору, то есть варьируется от 7 до 8. Если мы работаем по листу карбамидом, то в растении не образуются сахарные пробки, не происходит физиологических нарушений.

В стрессовых условиях повышается роль микроорганизмов почвы. Например, при достаточном обеспечении азотом именно в прикорневой зоне, где активно работают азотофиксирующие бактерии, растение затрачивает меньше усилий на поглощение этого элемента, следовательно, экономнее расходует почвенную влагу, и меньше нужно воды на формирование единицы урожая. Но в почве количество этих бактерий за счет постоянного использования минерального азота из удобрений и применения пестицидов значительно снижается. Сейчас в трех хозяйствах Алтайского края аграрный университет проводит исследования на разных полевых культурах по эффективности замены минеральных удобрений на микробиологические препараты азотофиксирующих и фосформобилизующих микроорганизмов. Уже виден положительный эффект.

Однако важно не допустить ошибок при применении препаратов. Высокие дозы удобрений в условиях низкой влажности почвы повышают концентрацию почвенного раствора, и это может вызывать ожоги растений. Лучше отдавать предпочтение некорневым подкормкам низкими концентрациями, учитывая возраст растений, – чем взрослее растение, тем ниже концентрация должна быть. Поэтому работать по листу при подкормках или пестицидных обработках нужно с нормами 150–200 л/га рабочего раствора.

Нина Апаева, заведующая агробиостанцией Аграрно-технологического института Марийского государственного университета, доцент кафедры общего земледелия, растениеводства, агрохимии и защиты растений, кандидат сельскохозяйственных наук: «Существенное влияние на засухоустойчивость растений оказывает правильный выбор удобрений».

– Чтобы минимизировать возможные потери из-за засухи, необходимо пересмотреть структуру посевных площадей, выбрать те культуры и сорта, которые дают стабильный урожай даже в засушливый период. Для этого надо проанализировать предыдущие сезоны и сравнить с метеорологическими данными. Можно и нужно подключать к этому программистов, способных проанализировать данные последних 10–20 лет.

Н. И. Вавилов выделил три группы растений по засухоустойчивости. Из числа злаковых и бобовых культур в группу наиболее устойчивых к засухе видов включены просо, сорго, нут, чина, французская чечевица, донник, желтая люцерна, житняк, суданская трава. Во вторую группу (со средней устойчивостью к засухе) входит пшеница, ячмень, рожь, кукуруза, чечевица, фасоль, арахис, вика, люцерна синяя. В группу видов со слабой устойчивостью к засухе отнесены рис, овес, горох, соя, бобы, маш.

Ячмень в сравнении с пшеницей мало отличается по степени засухоустойчивости. У ячменя более короткий период вегетации, и он быстрее вступает в фазу спелости, это помогает ему «уйти» от засухи.

Овес требовательный к влаге и по своим биологическим возможностям хуже противостоит засухе, особенно в ранний период вегетации. Поэтому его высевают рано, и критические периоды развития проходят у него до наступления летних засух. Поэтому в районах, где не характерны весенние и раннелетние засухи, овес дает хорошую урожайность.

Твердая и мягкая пшеница четко не различаются по засухоустойчивости. Каждый из этих видов имеет и определенные преимущества и недостатки. По водоудерживающей способности и интенсивности транспирации в период активной вегетации твердая пшеница имеет преимущество перед мягкой пшеницей. Но у нее медленнее развиваются первичные и позже образуются вторичные корни, поэтому она хуже использует почвенную влагу в начале вегетации и слабее сопротивляется действию ранней засухи. Твердая пшеница имеет более крупный по массе зерна колос ,и его налив протекает более длительное время, поэтому при поздних засухах она дольше подвергается стрессовому воздействию, чем мягкая пшеница. При ранних и поздних засухах твердая пшеница обычно показывает меньшую засухоустойчивость, а при засухе в середине лета она часто оказывается, напротив, более устойчивой к засухе, чем мягкая пшеница. Тот факт, что выращивание твердой пшеницы имеет место в основном в южных засушливых регионах, объясняется тем, что здесь она дает наиболее качественное зерно с высокой стекловидностью.

При выборе технологии обработки почвы необходимо учитывать тип и механический состав почвы. Сейчас много говорят о минимальной (Mini-till) и нулевой обработке (No-Till). Все это хорошо, но в тех условиях, где почва позволяет. Например, в условиях дерново-подзолистой почвы, где в основном среднесуглинистая почва, такая технология не дает желаемых результатов. Данные многолетних исследований наших ученых показывают, что в условиях Республики Марий Эл минимальная обработка почвы (без зяблевой вспашки) уступает обычной традиционной технологии, которая включает лущение стерни (если после стерневых предшественников), зяблевую вспашку, весеннее боронование (закрытие влаги), культивацию, прикатывание. Зяблевая вспашка необязательно отвальная, хорошие результаты показывает безотвальная обработка с оставлением стерни и измельченной соломы. Происходит мульчирование почвы, что благоприятно сказывается на сохранении влаги в почве. Посев ячменя без осенней вспашки у одного фермера отрицательно сказался на урожайности. Для сравнения: соседнее поле со вспашкой дало урожай в 2 раза выше.

Хорошие результаты в засушливый период дает рыхление верхнего слоя почвы. Это способствует разрушению корочки и задерживает влагу. Особенно это касается пропашных культур, высеянных широкорядным способом. Можно не делать глубокую обработку, а проборонить сетчатыми боронами. Заодно уничтожаются сорняки, которые забирают большое количество влаги. Борьба с сорняками имеет важное значение, особенно в засушливый период.

Если есть возможность – стоит наладить полив, в советское время почти на всех полях стояли поливные агрегаты. Кулисные посевы, лесополосы, снегозадержание зимой – все это не отменяется, а только приветствуется.

Повысить засухоустойчивость растений можно предпосевной обработкой семян и опрыскиванием растений в период роста регуляторами роста, обладающими стресспротекторными свойствами. Для этого ученые предлагают препараты, содержащие цитокинины. Они повышают устойчивость клеток к самым различным неблагоприятным воздействиям, таким как повышенная и пониженная температура, обезвоживание. Однако эффективность регуляторов роста сильно зависит от глубины и продолжительности засухи – в условиях жесткой засухи они часто не реализуют своих возможностей.

Существенное влияние на засухоустойчивость растений оказывают удобрения: калийные и фосфорные – повышают устойчивость к засухе и содействуют более экономному расходованию воды, а азотные, особенно в больших дозах, – снижают устойчивость.

Положительное влияние оказывают удобрения, содержащие микроэлементы: медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, алюминий, особенно в тех случаях, когда засуха происходит в период цветения. Установлено, что микроэлементы снижают транспирацию у растений в дневные и повышают ее в утренние часы, увеличивают содержание связанной воды и водоудерживающую способность тканей. Некоторые микроэлементы снижают дневную депрессию фотосинтеза, усиливают передвижение углеводов к репродуктивным органам, смягчая вредное влияние засухи и высоких температур на формирование урожая. Кобальт и алюминий стабилизируют содержание РНК в условиях засухи путем снижения активности фермента рибонуклеазы, разрушающей ее молекулы. В результате этого поддерживается более высокий уровень синтеза белков и растения быстрее восстанавливаются после перенесения стрессового воздействия.

Микроэлементы повышают содержание аскорбиновой кислоты, пролина, амидов, которые играют защитную роль во время засухи и действия высоких температур, сохраняют на достаточно высоком уровне содержание АТФ, поддерживая энергетический баланс растений.

М.Я. Школьник с соавторами разработали метод повышения засухоустойчивости пшеницы и ячменя путем опрыскивания семян растворами солей алюминия, кобальта и меди.

Для повышения жаростойкости растений можно проводить некорневую подкормку посевов 0,05%-ным раствором солей цинка.

П. А. Генкелем предложен метод увеличения жароустойчивости растений путем замачивания семян перед посевом в течение суток в 0,2%-ном растворе хлористого кальция. Воздействие кальция основано на способности этого элемента повышать вязкость цитоплазмы, что способствует увеличению устойчивости растений к перегреву. Положительно действует намачивание семян в растворах солей микроэлементов: бора, меди.

Если говорить об инновациях для поддержания растений в засуху, то в настоящее время делаются попытки получения трансгенных растений, у которых в геном вводятся гены, кодирующие ферменты синтеза протекторных соединений, например пролина.

Для многих культур оказывается эффективной селекция, в которой при отборе ценных растений учитываются признаки, положительно связанные с устойчивостью растений к засухе.

Источник: sectormedia.ru