Фактори зимостійкості озимих культур

Вірогідність за гибелі пшениці озимої на третині площі, особливо у східних областях України, спостерігається двічі-тричі за 10 років, озимих жита і тритикале як більш морозостійких культур — один-три рази. Ще більше потерпає від несприят ливих умов зимівлі ячмінь озимий, більшість сортів якого на сході країни висівати взагалі не рекомендується. 
Загибель озимих посівів зумовлює недобір мільйонів тонн зерна, додаткові великі витрати коштів на заміну втраченого посівного матеріалу, повторний обробіток полів, витрату палива та протруйників, пересівання загиблих посівів ярими культурами тощо. Крім того, за таких умов порушуються плани проведення посівної кампанії, що призводить до запізнення сівби ярих культур і зниження їхньої урожайності; у хлібному балансі зменшується кількість зерна найвищої якості, бо пересівають озимі культури здебільшого зернофуражними. 
Проблема зимо- та морозостійкості озимих зернових культур є однією із найважливіших в економіці сільського господарства, і її успішне вирішення, безумовно, сприятиме збільшенню зернового балансу в країні. 
Отже, перезимівля озимих хлібів є однією із найважливіших агрономічних проблем у виробництві зерна, яку потрібно завжди враховувати і знаходити способи максимального зменшення її шкідливих наслідків. Важливу роль у вивченні причин загибелі озимих культур і розробці заходів їхнього збереження у період зимівлі відіграють агрономічна наука та прогресивна виробнича практика.
Перш ніж вести мову про фактори зимостійкості, варто визначитися із термінологією, оскільки переважна більшість людей не розрізняють терміни «морозостійкість» та «зимостійкість», натомість кожен із них має свої нюанси. 
Отже, морозостійкість — це стійкість рослин проти дії низьких негативних температур, а зимостійкість — стійкість зимуючих рослин проти комплексу несприятливих умов зимівлі в осінній, зимовий і ранньовесняний періоди їхнього життя. Морозо- і зимостійкість — складні фізіологічні стани озимих, які постійно змінюються залежно від віку рослин та умов їхнього вирощування, що формуються восени, під час загартування посівів.
Вивчення питань вимерзання рослин і прийомів підвищення їхньої зимостійкості розпочалося ще у XVIII ст. Од ни ми із перших учених, що намагався пояснити причину загибелі рослин унаслідок вимерзання, були Button і Du-Hummel (1737 р.), які стверджували, що рослини гинуть від утворення льо ду в су динах, який після відтавання ставав причиною розриву і відмирання рослинних тканин.
Із сучасних праць вітчизняних і зарубіжних учених відомо, що під впливом морозів у результаті зневоднення за замерзання води у рослинах порушується структура протоплазми, підвищується концентрація клітинного соку, змінюються відстань між макромолекулами та стан мітохондріального апарату, відбувається розлад процесів енерго обміну та аеробного дихання, яке змінюється анаероб ним, накопичуються токсичні продукти обміну речовин, під дією яких протоплазма відмирає. На
сучасному етапі встановлено, що вимерзання є результатом впливу цілого комплексу несприятливих факторів на рослинну клітину, найшкідливішими із яких є механічний тиск льоду і зневоднення.
Наразі вже досить чітко встановлено закономірності морозостійкості рослин. Передусім стало зрозумілим основне положення, що морозостійкість — це явище, яке не завжди притаманне навіть досить стійким рослинам. Щоб витримати всі несприятливі умови взимку, рослина має перейти з активного вегетуючого в якісно інший, пасивний, стан, що отримав назву «загартований». Підготовка до зими — комплекс багатьох складних біохімічних процесів, об’єднаних одним загальним терміном «загартування рослин». 
Було встановлено, що загартування рослин озимих зернових культур відбувається у дві фази: 
I фаза — за температури вдень близько 8…10°С, а вночі — від нуля до 4°С; 
II фаза — за середньої температури від нуля до -5°С. 
У першій фазі завдяки активній вегетації і процесам фотосинтезу, для яких особливо сприятливою є сонячна погода, у вузлах кущіння нагромаджуються цукри (вуглеводи), які за нічної температури від нуля до 4°С практично не витрачаються як на ріст рослин, так і на процеси їхнього дихання. Внаслідок щоденного збільшення вмісту цукрів, який під кінець загартування досягає у вузлах кущіння до 30% і більше загального вмісту сухої речовини, рослини здатні витримувати зниження температури на глибині залягання вузла кущіння до -10…12°С. 
У другій фазі загартування відбувається зневоднення клітин, у яких підвищується концентрація розчинних цукрів, зменшується вміст так званої вільної води, яка легко замерзає, та підвищується вміст зв’язаної води, котра замерзає лише за критично низької температури. Рослини стають ще стійкішими проти низьких температур: добре загартована пшениця витримує зниження температури біля вузла кущіння до -18…20°С, жито озиме — до -23…24°С, тритикале — до -19…21°С, ячмінь озимий — до -14…15°С. 
Також слід розрізняти поняття «вимерзання» від «замерзання». Озимина завжди замерзає, бо взимку температури у районах її вирощування переважно мінусові, але від цього не гине, тобто не вимерзає.
Тривалість проходження першої і другої фаз загартування становить у середньому 20–25 діб. Проте навіть добре загартовані рослини (за вчасного висівання добірного насіння у добре підготовлений грунт, внесення потрібних добрив) не забезпечують повної гарантії від вимерзання у разі переходу температури через поріг критичної, про яку йшлося вище.

Установлено, що ступінь загартування також залежить від освітлення рослин, його інтенсивності і якості у період осінньої вегетації. Так, сонячна погода сприяє кращому загартуванню, ніж хмарна. Нині відомо, що пшениця озима може набувати високу морозостійкість як цілодобово, так і в умовах короткого дня, але за різної тривалості дії температур загартування (близьких до 0 °С). У першому випадку потрібен тижневий, у другому — три тижневий строк.

Отже, друга фаза загартування у озимих відбувається за незначних негативних температур — від -3 до -5°С. Але це підвищення морозостійкості відбувається лише тоді, коли рослини перед цим пройшли загартування за температури трохи вищої за 0°С. Друга фаза загартування є зворотним процесом: у разі відлиги стійкість до вимерзання, набута при загартуванні, послаблюється, а за наступного пониження температури — підвищується. Тобто в польових умовах друга фаза загартування може проходити тривалий період. 

Для успішного загартування рослин як у польових, так і штучних умовах необхідне поступове зниження температури. Це пов’язано з тим, що основні захисні процеси, що розвиваються у рослині під впливом від’ємних температур, найінтенсивніше перебігають за незначних морозів — близько -3…-6°С, із подальшим поступовим їхнім посиленням. 
Дослідженнями встановлено, що в умовах України перебіг першої фази загартування припадає на другу половину жовтня або ж на першу половину листопада. Тривалість першої фази загартування становить близько 20 діб. Зниження середньої добової температури повітря до 5…6°С восени прийнято вважати за початок періоду проходження першої фази загартування рослин, а перехід температури повітря через 0°С — за закінчення цього періоду. Морозостійкість пшениці озимої на закінчення першої фази загартування досягає -14°С.
У фазі проростків або сходів рослини озимих зернових культур за температури близько 5°С проходять так звану стадію яровизації. Однак є відомості, що яровизація можлива і за ширшого діапазону температур — від -6…-8 до 16…18°С. Для проходження цієї стадії рослинам потрібен період від трьох до семи діб. Рослини, які не пройшли стадії яровизації, у подальшому не виколошуються. Власне, у цьому і є відповідь на питання багатьох фермерів про те, чи можуть перерослі посіви озимих зернових утворити колос восени. Річ у тім, що восени до фази колосіння за певних погодних умов можуть перейти лише типові ярі культури або сорти-дворучки, які зовсім не потребують або потребують «спрощеного» періоду яровизації. 
Із початком утворення колоскових горбиків різко знижується морозостійкість пшениці. Тому в роки, коли в осінній період умови сприяють повному завершенню яровизації, пшениця озима до весни втрачає морозостійкість, через що навіть за незначного зниження температури спостерігається пошкодження і загибель рослин. Тому у перерослих з осені озимих зернових культур може істотно знижуватися ступінь загартованості рослин, а отже — і зимо- та морозостійкість, але загрози утворення колосу восени не виникне.
Від ступеня проходження рослинами стадії яровизації значною мірою залежить зимостійкість озимих зернових культур. Дослідженнями встановлено, що важливий не сам факт закінчення яровизації восени, а перебіг цього процесу в умовах без активних температур і пов’язаних із ними ростових процесів після його завершення. 
Таким чином, для формування високого рівня морозостійкості озимі зернові культури повинні мати досить тривалий період яровизації, оскільки сорти із дуже коротким яровизаційним періодом можуть переходити у генеративний стан на початку зими і втрачати здатність до загартування. Тому потрібно вивчати тривалість періоду яровизації як складову зимостійкості новостворених та інтродукованих сортів пшениці й інших озимих зернових культур.
Від функціонального стану рослин та інтенсивності фотосинтезу залежить накопичення органічної маси, а відтак і стійкість до несприятливих умов навколишнього середовища, що у кінцевому результаті має вплив на  врожайність та якість вирощеної продукції. Тому всі елементи технології вирощування сільськогосподарських культур — сорти, строки сівби, норми висіву, попередники, обробіток грунту, система удобрення, заходи захисту рослин тощо —  спрямовані на створення оптимальних умов для перебігу фотосинтетичних процесів у рослинах, а отже, і є факторами підвищення зимостійкості. 
Вважається, що найстійкіші до умов перезимівлі рослини, які до кінця осінньої вегетації утворили три-чотири, навіть до п’яти пагонів кущіння. Конус наростання головного пагона перед входженням рослин у зиму має бути завдовжки 0,25–0,35 мм і перебувати на ІІ етапі органогенезу, оскільки диференціація конусу росту в осінній період, його витягування та перехід до III етапу органогенезу різко знижує морозо- і зимостійкість рослин.

Одними з найважливіших прийомів, які впливають на рослину в осінній період, зокрема на її здатність до загартування і формування морозостійкості, є вибір сорту та оптимізація строку сівби. Це стало особливо важливим останніми роками у зв’язку зі змінами, які відбуваються у кліматі, та поширенням у виробництві сортів (переважно зарубіжних), що різко реагують на несприятливі умови вирощування.

 

Успішна зимівля сортів озимих культур залежить від їхнього фізіолого-біохімічного складу і метаболічних процесів. Крім того, на зимостійкість того чи іншого сорту має безпосередній вплив вміст у органах зимуючих рослин не тільки розчинних цукрів, а й інших захисних сполук. Одним із фізіолого-біохімічних показників зимостійкості озимих культур є стан пластидного апарату та пігментної системи рослин протягом зимівлі. У зимостійких сортів пластидний апарат піддається перетворенню. 

Також одним із показників стійкості організму до впливу низьких температур є інтенсивність дихального процесу рослинних клітин. У різних сортів вона може знижуватися за дії морозів як під час поглинання кисню, так і в процесі виділення вуглекислого газу. 

Серед озимих зернових культур найбільшу морозостійкість має жито та тритикале, значно меншу — пшениця, а найменшу — ячмінь. Крім того, як згадувалося раніше, у межах кожної культури є різниця за зимостійкістю між сортами. Вона виражається у балах і її обов’язково слід враховувати під час планування вирощування озимих у тому чи іншому регіоні.
Різниця між сортами у динаміці росту, формуванні врожаю, реакції на окремі фактори технології вирощування досить суттєва. Тому під час добору  оптимального сорту слід враховувати, який з елементів комплексу його продуктивності у конкретних умовах господарства є вирішальним для досягнення максимального потенціалу. Особливу увагу варто звернути на один із головних факторів для умов України —  зимостійкість сорту. 
Для прикладу наводимо таблицю, у якій вказується зимостійкість найпоширеніших сортів.
Дослідженнями встановлено, що, на відміну від сучасних, стародавні сорти пшениці озимої мають більший період яровизації та вищу зимостійкість рослин. Так, у період досліджень (2007–2010 рр.) період яровизації рослин стародавніх сортів становив від 90 до 105 діб. Зимостійкість була від 8,0 до 8,5 бала, тоді як тривалість періоду яровизації сучасних сортів — від 50 до 95 діб, а зимостійкість — від 1,5 до 7,5 бала.
Cелекціонери створили нові високопродуктивні сорти пшениці озимої, які забезпечують високі врожаї якісного зерна. Але, на жаль, у боротьбі за продуктивність і якість часто залишаються недопрацьованими такі важливі питання, як морозо- і зимостійкість рослин. Саме тому в країні зафіксовано факти, коли в окремі роки  внаслідок несприятливих умов зимівлі випадало до 70% рослин у посівах озимих.
Вважається, що на формування продуктивності нових сортів озимих зернових культур значною мірою впливають строки сівби. Оцінка пластичності сортів залежно від строків сівби проводиться за середньою за декілька років урожайністю. Вона вважається високою, якщо сорт має найвищу середню врожайність за всі строки сівби, а за ранніх і пізніх — знижується від максимального рівня стандарту не більше ніж на 10–15%.     
Слід враховувати, що за ранніх строків висівання посіви переростають і більшою мірою пошкоджуються личинками гессенської, шведської, пшеничної та інших мух, попелицями, цикадками, підгризаючими совками, сильніше уражуються кореневими гнилями, бурою листковою іржею, борошнистою росою, вірусними хворобами і сильніше заростають бур’янами. 
Строки сівби мають комплексний вплив, що у подальшому позначається на процесах проходження усіх фаз органогенезу, їхній стійкості до несприятливих умов у зимовий період, рівні ураження хворобами і шкідниками як на початку, так і в подальші періоди вегетації озимих культур. Осінній період вегетації рослин є вирішальним для формування продуктивності посівів озимих зернових. Тож наслідки допущених восени помилок у подальшому неможливо повною мірою виправити застосуванням певних  агротехнічних прийомів.

Численні дослідження показують, що лише за сівби в оптимальні строки та за умов достатнього у цей період забезпечення грунту вологою і відповідного температурного режиму повітря можна одержати своєчасні і якісні сходи, спостерігати правильний ріст і розвиток рослин, закладення пагонів кущіння, нормальний перебіг процесів яровизації і загартування рослин. 

Залежно від строків сівби та інших чинників, пшениця та інші озимі зернові можуть мати два періоди кущіння — осінній і весняний. Якщо строки сівби пізні й бокові пагони восени не утворилися, то кущіння відбувається тільки навесні, впродовж 30–40 днів. Коефіцієнт кущіння у такому разі зменшується. 

За оптимізації строків сівби пшениці озимої слід враховувати, що її продуктивність зменшується як за ранніх, так і за пізніх строків сівби. Так, у першому випадку посіви пшениці розвивають надмірну вегетативну масу, рослини сильно кущаться, стають менш стійкими до несприятливих умов, знижують зимостійкість і більшою мірою пошкоджуються шкідниками і хворобами. Рослини пізніх строків сівби довше сходять, не встигають восени розкущитися, розвинути достатню кореневу систему і надземну масу та накопичити достатню кількість пластичних речовин. Через це знижується зимостійкість і виживаність рослин та стебел за весняно-літній період. Такі посіви формують неповноцінний урожай або навіть гинуть.
Краще пристосування до несприятливих умов перезимівлі у молодих рослин пов’язане із перетворенням складних сполук на прості, які мають вищі захисні властивості. Пізніші строки сівби сприяють деякому заглибленню вузла кущіння і підвищують таким чином морозостійкість рослин. За ранніх строків сівби глибина залягання вузла кущіння не перевищує 1,0–1,5 см, тоді як у рослин пізніх строків вона зростає до 3,5–4,0 см. 
Отже, сприятливі умови для проведення сівби настають у тому разі, коли середньодобова температура повітря встановлюється на рівні 14…16°С, а осіння вегетація посівів триває 45–55 днів із сумою середньодобових температур у межах від 45 до 55°С. Оптимальні строки сівби пшениці за умов достатньої вологозабезпеченості мають створити сприятливу основу для утворення двох синхронно розвинених пагонів, що в подальшому дасть змогу сформувати колосоносні стебла.
Утім, унаслідок глобальних та регіональних кліматичних змін, які спостерігаємо останніми роками, строки сівби озимих зернових культур періодично зміщуються у бік пізніх.
Так, аналіз температури повітря на широті Харкова свідчить, що, порівняно із періодом 1910–1966 рр., у 1981–2000 рр. вона підвищилася на 1,1°С, а за період 2001–2015 рр. — на 2,1°С. За даними Харківського гідрометцентру, на території області за останні 20 років, порівняно із періодом 1950–1995 рр., середньодобова температура зросла у середньому на 0,7…2,5°С, що свідчить про значне потепління клімату. Найбільше підвищення температури притаманне січню й лютому (на 2,5…3,0°С), а також усім літнім місяцям (на 1,5…2,5°С). 
Особливо значним, порівняно із середньобагаторічною нормою, є підвищення температури саме під час підготовки до сівби озимини та після неї, тобто у серпні — жовтні. За останні 10 років підвищення суми ефективних температур понад 10°С коливалося від 5,1°С у липні до 103,7°С — у серпні. У період сівби, сходів та осіннього розвитку пшениці озимої (вересень — жовтень) сума температур була вищою від норми на 22…35°С. Крім того, порівняно із середньобагаторічною нормою, зменшилася кількість опадів. Значне їхнє зменшення відмічається у серпні, що ускладнює отримання сходів озимини, а також у другій-третій декадах квітня та першій — травня. Останніми роками в регіоні спостерігається встановлення пізнішого терміну припинення осінньої вегетації пшениці озимої — від 7 листопада (у 2006 р.) до 5 грудня (у 2010 р.), що потребує корегування строків сівби і підвищення вимог до якості проведення осіннього комплексу робіт. Таким чином, глобальне потепління за останні 25 років і пов’язана із ним повторюваність посух в осінній період призводять до зміни термінів вегетації рослин пшениці озимої та їхнього повноцінного кущіння. Це зумовлює нагальну потребу проведення наукових досліджень із оптимізації строків сівби з обов’язковим вивченням ефективності інтегрованого захисту посівів проти шкідливих організмів та визначення ступеня інтенсивності впливу вказаного агрозаходу на врожайність і якість зерна нових сортів.

Дослідженнями Інституту рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН та інших науково-дослідних установ України виявлено вищий рівень накопичення розчинних вуглеводів у вузлах кущіння пшениці м’якої озимої у більш ранні строки. Так, за сівби 10 вересня рослини накопичували більше розчинних вуглеводів, ніж за сівби 20, 30 вересня та 10 жовтня. Але у зимовий період використання вуглеводів рослинами ранніх строків сівби відбувалося інтенсивніше, ніж за пізніх строків висіву. Внаслідок цього на час відновлення весняної вегетації вміст цукрів у рослинах за сівби 10 вересня зменшувався щодо цього показника за пізніх строків сівби у середньому до 3%. 
Таким чином, переважна більшість дослідників схильна вважати пізні строки сівби сприятливішими для формування у рослин високої морозостійкості. Проте, якщо розглядати питання строків сівби із погляду кращої перезимівлі рослин у виробничих умовах, їхню стійкість проти комплексу не сприятливих умов зимівлі та вищу продуктивність забезпечують посіви середніх строків сівби.
Істотну роль у перезимівлі озимих зернових відіграють також попередники. Власне, оптимізацію строків сівби та інших технологічних факторів слід коригувати з урахуванням культури-попередника, після якої вирощується озимина. Так, формування максимальної зимостійкості рослин пшениці озимої після попередника чорний пар у наших дослідженнях відбувалося за сівби 10 жовтня, а після попередника горох — 30 вересня. Тому строки висіван ня озимих слід визначати диференційовано, враховуючи конкретні метеорологічні, агротехнічні умови та біологічні властивості сорту. Отже, для забезпечення стабільного виробництва зерна озимої пшениці важливе значення мають агроприйоми вирощування, які забезпечують одержання своєчасних сходів та їхній розвиток, сприятливі умови перезимівлі та формування урожаю у весняно-літній період вегетації.
У зонах недостатнього та нестійкого зволоження особливо проблемною є сівба озимих після непарових попередників, оскільки не має гарантії одержання своєчасних сходів через брак необхідного запасу продуктивної вологи у грунті та проведення висіву після оптимальних строків. Запізнення зі строком сівби на фоні негативного впливу частої осінньої посухи робить кукурудзу, соняшник, сою та інші культури ризикованими попередниками пшениці озимої. На весні посіви озимини після гірших попередників нерідко доводиться пересіва ти або підсівати.

Перед виробниками зерна постає актуальне питання щодо правильного добору видового і сортового складу озимих зернових культур після таких попередників з урахуванням строку висіву та інших агротехнічних факторів, щоб до мінімуму звести втрати зерна та погіршення його якості. 

С. Авраменко, канд. с.г. на ук, ст. наук. співробітник, провідний наук. співробітник, докторант,
С. Попов, д-р с.г. наук, професор,
В. Циганко, наук. співробітник,
Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН