Оценка агрометеорологических условий перезимовки озимой пшеницы, в природно-климатической зоне Московской области (2009-2010г)

Российский Государственный  Аграрный Университет - МСХА им. Тимирязева

(ФГОУ ВПО РГАУ  – МСХА имени К.А. Тимирязева)

Кафедра земледелия и агрометеорологии

Оценка агрометеорологических  условий перезимовки озимой пшеницы, в природно-климатической зоне Московской области.

(2009-2010г)

Выполнил:

Москва 2011г.

Введение

Озимые хлеба имеют  большое значение в увеличении производства зерна в нашей стране, за счет более высоких урожаев, чем яровые хлеб. Главная проблема выращивания, комплекс основных неблагоприятных факторов при перезимовке озимых культур составляют вымерзание и выпревание растений, а также ледяная корка.

 Опасность совместного воздействия неблагоприятных факторов состоит в высокой вероятности повреждения и гибели посевов озимых зерновых культур на значительных площадях в период зимнего покоя. В годы с неблагоприятными агрометеорологическими условиями зимовки посевов возникает существенный риск чрезвычайных ситуаций, ущерб от которых определяется не только большими потерями зерна из-за резкого снижения урожайности, но и дополнительными экономическими затратами на пересев весной погибших озимых яровыми культурами и различные компенсационные выплаты.

Распределение основных причин гибели озимых культур на территории России связано с особенностями зимнего климата страны. Вымерзание, являющееся основной причиной гибели озимых, наиболее широко проявляется в Центральном, Приволжском, Уральском и Южном федеральных округах. Выпревание представляет большую опасность в Северо-Западном, Центральном и Уральском округах. Основные территории распространения ледяной корки на полях озимых культур расположены в Центральном, Северо-Западном, Приволжском и Южном федеральном округах. В целом по стране площадь с погибшими посевами озимых зерновых культур к весне определяется в основном по трем округам с наибольшим клином озимых – Центральному, Приволжскому и Южному. В Сибирском и Дальневосточном округах из-за очень сурового климата озимые культуры возделываются на очень ограниченных по сравнению с европейской частью страны площадях.

Основные условия формирования и пути повышения урожайности озимых зерновых культур нельзя рассматривать в отрыве от природно-климатических особенностей региона и погодных условий конкретного года. Колебания урожайности определяются, в первую очередь, изменчивостью ресурсов света, тепла и влаги. Хорошие климатические условия для возделывания озимых зерновых культур складываются на европейской части страны, где в настоящее время размещается более 80% их посевных площадей.

Описание культуры

Биологические формы зерновых хлебов

У зерновых хлебов различают  следующие биологические формы: озимые, яровые и двуручки. Озимые — это такие хлеба, которые для прохождения стадии яровизации в начальный период развития требуют невысоких температур от —1 до +10°С в течение 20—50 дней. Поэтому их высевают осенью, за 50—60 дней до наступления устойчивых морозов, а урожай получают в следующем году. При весеннем посеве они, как правило, кустятся и не образуют стебля и колоса. Яровые для прохождения стадии яровизации требуют более высоких температур: от 5 до 20 °С в течение 7—20 дней, поэтому их высевают весной и урожай собирают в том же году. Двуручки проходят стадию яровизации при температуре 3—15°С. В южных районах имеется ряд сортов, которые нормально растут и развиваются и дают урожай при весеннем и осеннем посевах. Деление хлебов на озимые, яровые и двуручки условно. Но использование этих форм в производственном отношении имеет большое значение и позволяет уменьшить напряженность труда в весенний период и во время уборки.

Озимые хлеба, хорошо развившись с осени, лучше, чем яровые, используют весенние запасы влаги и питательных  веществ. С наступлением устойчивого  тепла весной они быстро наращивают вегетативную массу и меньше, чем  яровые, страдают от весенних засух. Более  раннее созревание озимых ограждает  их также от суховеев. Озимую пшеницу убирают на 10—15 дней раньше яровой, озимый ячмень — на 10—12 дней раньше ярового. Ранняя уборка позволяет тщательнее подготовить почву для последующих культур. Перенесение некоторой части полевых работ на осень заметно уменьшает их напряженность в период весеннего посева.

Осеннее и  весеннее развитие

Весь период роста и  развития озимых зерновых культур делится  на три цикла. Первый цикл проходит от посева до осеннего глубокого похолодания. За время этого цикла стебли и  репродуктивные органы остаются в зачаточном состоянии, но идет усиленный рост листьев, боковых побегов и корневой системы. За второй цикл развития растений происходит приостановка роста и наступает  период естественного, а затем вынужденного покоя. И наконец, третий цикл – это  период интенсивного роста, он начинается с возобновления вегетации и  заканчивается формированием урожая и отмиранием растений. Первый и  второй циклы связаны с подготовкой  растения к перезимовке и с его перезимовкой, а от условий зимовки зависит жизнь всего растения и его продуктивность.

При весеннем посеве озимые культуры не способны образовывать репродуктивные органы. В осенний период у них  интенсивно увеличиваются корневая система и листовая поверхность.

При понижении температуры  и сокращении длины дня ростовые процессы приостанавливаются, благодаря  чему в узле кущения и листьях  накапливается большое количество запасных пластических веществ, особенно сахаров. У растений наступает состояние покоя, в котором они находятся в течение зимы. Устойчивость озимых к низким температурам представляет собой важное приспособительное свойство, которое выработалось в процессе эволюции растений. В повышении зимостойкости растений большую роль играют свойства протоплазмы, определяющие ее водоудерживающую способность. Этот фактор имеет решающее значение для перезимовки. Избыток или недостаток воды становится одной из причин гибели озимых. При избытке влаги наблюдается значительное образование кристаллов льда в тканях растений, что губительно отражается на их состоянии. Недостаток влаги приводит к необратимой коагуляции биоколлоидов протоплазмы, и растения погибают.

Перезимовка озимых культур

Устойчивость растений к  комплексу неблагоприятных условий  в период перезимовки называют зимостойкостью. Способность растений противостоять  воздействию низких отрицательных  температур называется морозостойкостью. Способность растений противостоять  воздействию низких положительных  температур называется холодостойкостью. Из озимых культур наиболее морозостойка озимая рожь, которая выдерживает  морозы до 20 °С и более на глубине узла кущения. Менее устойчива озимая пшеница, для которой опасны температуры ниже —16—18°С. Озимый ячмень повреждается при морозе ниже 12 °С. Зимостойкость и морозостойкость растений — сложное физиологическое свойство. Оно непостоянно, формируется на определенных этапах развития, особенно в процессе закалки растений. Установлено, что закалка протекает осенью в две фазы. Первая ее фаза проходит в условиях интенсивного света и пониженных температур (от 8 до 10 °С) в дневные часы и при температуре около 0°С в ночное время. В этой фазе в растениях, особенно в узлах кущения, накапливаются пластические вещества, по преимуществу сахар, так как в прохладное время (ночью) их расход на ростовые процессы и дыхание растений замедляется. Перед уходом в зиму у озимых культур накапливается около 20—25% сахаров в пересчете на сухое вещество. Озимые, прошедшие первую фазу закалки, способны выдерживать температуру до —10, —12 °С. Но основная фаза закалки растений — вторая, при которой происходит постепенное обезвоживание клеток, отток воды из цитоплазмы в межклеточные пространства и превращение в клетках нерастворимых в воде органических веществ в растворимые. В результате этих процессов значительно повышается концентрация  клеточного  сока  в  узлах  кущения  и  влагалищах  листьев.

Быстрее проходит вторую фазу закалки озимая рожь, медленнее — озимая пшеница и совсем медленно — озимый ячмень. После этой фазы резко повышается устойчивость растений к неблагоприятным условиям зимовки. Вторая фаза закалки протекает в растениях как на свету, так и в темноте при более низких температурах (от 0 до -5°С). Продолжительность фазы закаливания зависит от вида растений, сорта и метеорологических условий. Процесс закаливания очень сложен и еще полностью не раскрыт.

В процессе закаливания озимых в вегетативных органах накапливается  много растворимых углеводов  и аминокислот. Среди них наиболее высокий удельный вес имеют олигосахариды, пролин, аспарагин и глютаминовая кислота. При закаливании наибольшее количество растворимых углеводов и свободных аминокислот накапливается в узлах кущения. Морозо- и зимостойкие сорта озимой пшеницы во время закаливания накапливают больше олигосахаридов и свободных аминокислот по сравнению с менее зимостойкими. Олигосахариды постепенно превращаются в растворимые сахара (сахароза и др.), что повышает устойчивость растений к морозу. Закалка растений зависит от метеорологических условий осени. Ясная, солнечная погода с теплыми днями и прохладными ночами благоприятствует закалке растений, и, наоборот, пасмурная погода осенью с теплыми днями и ночами задерживает ее. Лучшей закалке озимых способствуют оптимальный срок посева, осенние подкормки фосфорно-калийными удобрениями. Для прохождения полной закалки при благоприятных условиях требуется 20—24 дня. Озимая пшеница, прошедшая хорошую закалку, способна на глубине узла кущения переносить морозы до 18—20 °С. При недостаточной закалке пшеница сильно страдает даже при морозах 15—17°С.

Физиологические особенности озимой пшеницы.

Биология культуры является основой построения ее технологии. С учетом этого необходимо знать  биологические особенности возделываемой  культуры, т.е. отношение ее к факторам жизни (свет, тепло, влажность, пища, воздух).

Требования  к свету

 Озимая пшеница  является растением длинного, светового  дня. Под действием солнечного  света происходят процессы фотосинтеза,  благодаря которым в растительном  организме накапливаются белки,  жиры, углеводы и т.д. При оптимальном  количестве солнечного света  растения хорошо кустятся, листья  принимают зеленую окраску. Недостаток  освещения способствует разрастанию  первого (нижнего) междоузлия  и образованию узла кущения  ближе к поверхности почвы,  что снижает зимостойкость растения. Интенсивное солнечное освещение  и понижение температуры вызывают  торможение роста первого междоузлия  и способствуют более глубокому  залеганию узла кущения, что  обеспечивает лучшую перезимовку  озимой пшеницы. Освещенность  посевов зависит от густоты  стояния растений на 1га. Загущенные  посевы снижают освещенность.

Требования к теплу

Температура является важным фактором развития. В разные периоды вегетации озимая пшеница и все культуры предъявляют неодинаковые требования к температурному режиму. Зерно озимая пшеница прорастает при +1 +2 °С, а ассимиляционные процессы начинаются при +3 +4 °С.Быстро и дружно всходы появляются при +15 +18°С. Весной при возобновлении роста для озимой пшеницы благоприятной является температура воздуха +12 +15 °С, выше +25 °С отрицательно влияет на прохождение отдельных фаз роста растений. В фазу выхода в трубку требуется +15 +16 °С, при -7 -9°С повреждается главный стебель и растение может погибнуть. В период колошения (цветения) озимой пшеницы необходимо +18 +20 °С, при +35 +40 °С и большой сухости воздуха во время налива зерна, оно получается мелким и щуплым. В период созревания зерна благоприятной считается +22 +25 °С. В зимний период озимая пшеница  вымерзает при  -17 -19 °С без снежного покрова, а с ним выдерживает до -25°С. Озимая пшеница достаточно жаровыносливая и засухоустойчивая культура, но менее зимостойкая, чем озимая рожь. Однако при слишком высоких температурах (выше +40°С), при недостатке влаги и сухих ветрах нарушается нормальный процесс фотосинтеза, повышается транспирация, тормозится рост растений, что препятствует хорошему наливу зерна.

Требования к влаге

В течение  вегетационного периода озимая пшеница  расходует большое количество влаги. Транспирационный коэффициент (расход воды на создание 1ед. сухого вещества) равен 450-500. Оптимальная влажность почвы должна быть не ниже 70-75 НВ (наименьшая влагоемкость). Семена для прорастания потребляют 50-60% воды от сухой массы семени. Озимая пшеница лучше использует осенние и зимние осадки, потребляет значительно больше влаги, чем яровая. Это связано с тем, что у нее более продолжительный вегетационный период, и она формирует более высокий урожай сухой массы. Потребление влаги в течение вегетации идет неравномерно и зависит от возраста, интенсивности роста и развития, густоты растений, температуры, развития корневой системы и наличия влаги в почве. В фазе прорастания зерна чтобы получить дружные и полноценные всходы, необходимо иметь в верхнем слое почвы (0-10 см) не менее 10мм продуктивной влаги. Для нормального осеннего кущения озимой пшеницы необходимо иметь в слое почвы (0-20см) не менее 30мм продуктивной влаги. До 70% всей влаги, потребляемой за вегетацию, озимая пшеница расходует в период от весеннего отрастания до колошения, 20% - в период от цветения до восковой спелости зерна. Критический период по отношению к влаге - выход в трубку - колошение. При продолжительном увлажнении снижаются темпы роста.

Оценка условий  перезимовки озимой пшеницы

Для нормального развития, перезимовки и дальнейшего роста  растения одним из главных факторов служит своевременный срок посева. Он должен обеспечить продолжительность осеней вегетации 45-60 дней, сумма положительных температур от посева до устойчивого перехода через +5˚С была не менее 450-550 ˚С. Используя многолетние данные можно приблизительно определиться в сроках посева, так как по многолетним данным переход через +5 ˚С происходит во второй – третей декаде октября, то посев озимой пшеницы должен производится в данной природно-климатической зоне в первой декаде сентября. В 2009 году переход 28 октября, сумма активных температур с начала сентября составила 500 ˚С, при проведении посева с 1 по 5 сентября, были обеспечены оптимальные температурные условия для осенней вегетации озимой пшеницы.

Для получения дружных  всходов требуется температура  воздуха +14 +16 ˚С, и не менее 10мм продуктивной влаги в почве. Средняя температура воздуха первой декады сентября составляет +16,8 ˚С, что на 3,7 ˚С больше чем средне многолетние значение +13,1 ˚С. Складывающиеся температурные условия первой декады сентября, позволили получить дружные всходы в оптимальный срок 7-9 дней  после посева.

 Выпавшие 30,1 мм осадков  за первую декаду сентября, что примерно составило 11,5 мм почвенной влаги. В среднем 1мм влаги в почве равняется 2,6 мм выпавших осадков. Обеспечение атмосферными осадками в данный период превышало средне многолетние значения на 50,5 %. Обеспеченность почвенной влагой при посеве озимой пшеницы, позволило ускорить процесс набухания семян в почве, что ускорило получение дужных всходов. Дальнейшие периоды превосходили по количеству тепла средние многолетние данные, вторая декада сентября на 2,8 ˚С, третья 3,3 ˚С, данная температура обеспечивала нормальное развитие культуры от всходов до кущения. Период фазы кущения составляет у озимой пшеницы 30-45 дней, оптимальная температура для данной фазы +12 +15 ˚С, он продолжает до второй декады октября.

Температура октября значительно  не отличалась от многолетних данных по сравнению с атмосферными осадками, за октябрь месяц выпало 133 мм, на 141,8 % выше многолетних значений. При выпадении частых осадков в октябре месяце, приводит к меньшему накоплению сахаров и ухудшению закалки растений, что в дальнейшем скажется на условиях перезимовки. При переходе положительных температур ниже +5 ˚С, растения прекращают вегетацию и вступают в состояние покоя.

Первый заморозок осенью наблюдался 29 октября, после чего наступили пониженные температуры ниже 0˚С, до 6 ноября( минимальная температура -2,8 ˚С 5 ноября средне суточной, и -4,5 ˚С в ночное время) после чего наблюдалось повышение температуры воздуха. Наступление первых заморморозков в 2009 году наблюдалось, на неделю позже, чем по данным многолетних исследований 18-20 октября. Поздние осенние заморозки не оказывают большого влияние на дальнейшее развитие и продуктивность озимой пшеницы. 

Для агроклиматической оценки в период покоя растения, в основном используются минимальные температуры  и оттепели, а также  данные о  снежном покрове.

Дата устойчивого перехода температуры ниже 0 ˚С, зафиксирована 5 декабря, начало холодного сезона 2009-2010 года, по многолетним данным 4 ноября. Минимальная температура декабря зафиксирована 15 числа ( -22,4 ˚С), при высоте снежного покрова 7 см., температура на глубине узла кущения составила -13 ˚С. В декабре  месяце 26-27 числа наблюдалась оттепель с повышением температуры воздуха до +1,7 ˚С, особого значения для перезимовки озимой пшеницы не оказало.   

Минимальная температура  января  зафиксирована 26 числа ( -22,4 ˚С),  при высоте снежного покрова 29 см., температура на глубине узла кущения составила -9 ˚С.

Минимальная температура  февраля зафиксирована 21 числа ( -14,0 ˚С),  при высоте снежного покрова 49 см., температура на глубине узла кущения составила – 4 ˚С. Разница температур зимнего периода составляет декабрь -6,3 ˚С на 1,0 ˚С меньше многолетних данных, январь -13,9 ˚С на 3,7 ˚С больше чем многолетние, февраль -8,0 ˚С на 1,2 ˚С меньше чем многолетние данные.

Дата перехода температур выше 0 ˚С зафиксирована  26 марта, окончание холодного сезона 2009-2010 года, при сравнении с многолетними данными начало теплого сезонна на 2 недели наступило раньше ( 6 апреля ).

Начало теплого сезона практически сопровождалось с началом  вегетации культуры, а так же отсутствие возвратных заморозков в весенний период позволило озимой пшеницы продолжить вегетацию, сформировать 3-4 продуктивных стебля.

При вессенем отрастании отрастание идет большое потребление почвенной влаги, до 70 % от общей потребности за вегетацию. За счет большого выпадения осадков за зимний период 136,1 мм, что на 12,5 % больше многолетних данных, озимая пшеница была обеспечена запасом продуктивной влаги на дальнейшие периоды роста и развития. В весенний период температурный режим складывался следующим образом, март -0,9 ˚С на 3,4 ˚С, апрель +8,7 ˚С на 4,3 ˚С, май 17,0 ˚С на 5,1 ˚С выше многолетних данных. Такой температурный режим и достаточно количество выпадающих осадков, является оптимальным условием для роста озимой пшеницы. Разница суммы осадков по месяцам, март 22,6 мм на 39 % меньше многолетних данных, апрель 27,4 мм на 31,5 меньше многолетних данных, май 56,3 мм на 2,4% больше многолетних данных, не достаток влаги в первые два месяца компенсируется за счет запаса продуктивной влаги почвы, после стаивания снега. Критический период при недостатке влаги фаза выход в трубку, который приходится на конец мая начало июня.

В летний период формировались  условия температурного режима, июнь +19,7 ˚С месяц на 3,7 ˚С выше, июль +26,8 ˚С, что на 8,7 ˚С больше многолетних данных. Распределение осадков за летний период, июнь 54,2 мм на 22,6 % меньше, июль 8,1мм на 90,5 % ниже многолетней нормы. Первая и вторая декада июня месяца, в значительной степени не отличался от многолетних данных как по температурному режиму, так и по осадкам и развитее культуры проходило нормально. Большие изменения в развитии культуры вызвала третья декада месяца, аномальное явление климата данного региона. Летняя засуха 2010 года. Засуха - избыток тепла (высокие температуры) при остром дефиците воды в почве (почвенная) и атмосфере (воздушная). Которая продолжалась до третей декады августа.  Сумма активных температур за теплый период 2010 года составила 2972 ˚С, рекордное значение для данной природно-климатической зоны.

В целом погодные условия 2009-2010 года складывались благоприятно для развития, перезимовки и роста  озимой пшеницы, за исключением некоторых  условий. Достаточно теплый осенний период, может привести к перерастанию озимой пшеницы, что неблагоприятно окажет влияние на перезимовку. Используя более поздний срок посева, что не позволит перерасти растениям за этот период времени. Достаточно большой снежный покров в начале весны, способствует появлению повреждений растений снежной плесенью. Проводя подкормку азотными удобрениями, и РВБ позволяет снизить развитие болезни. Основной лимитирующий фактор повлиявший на урожай озимой пшеницы, эта засуха лета 2010 года, которая привела к ускоренному развитию культуры, снижению урожая, и получению мелкого щуплого зерна.