Як отримати дружні сходи кукурудзи в умовах посухи: роль фотосинтезу та С4-рослин

Зміст 

• Як отримати дружні сходи кукурудзи в умовах посухи
• Чому кукурудза належить до С4-рослин і як працює С4-фотосинтез
• Оптимальна норма висіву кукурудзи на легких ґрунтах у посушливих умовах
• Як розвиток кореневої системи впливає на використання ґрунтової вологи
• Роль азотного і фосфорного живлення у формуванні врожаю
• Помилки технології вирощування, що знижують дружність сходів
• Вплив кліматичних змін на фотосинтез і продуктивність кукурудзи

Зміни клімату не варто розглядати неодмінно як проблему для рослинництва. Так, наприклад, збільшення вмісту в атмосфері вуглекислого газу сприяє інтенсифікації фотосинтезу. У результаті рослини за однакового ступеню розкриття продихів і, отже, з однаковим рівнем втрати вологи, зможуть поглинати суттєво більше СО₂, тобто доступна волога буде використовуватися ефективніше.

Збільшення температури повітря в кліматичних широтах, де яскраво виражений період вегетаційного спокою, загалом теж слід розцінювати як явище позитивне. Пролонгація вегетації створює умови для переходу на системи господарювання, що дозволяють одержувати по два врожай з однієї площі за сезон, сприяючи тим самим ефективному використанню ріллі.

Однак затяжні посухи і екстремальна спека здатні звести нанівець ці позитивні ефекти глобального потепління. Зокрема, посухи останніх років призвели до відчутного падіння урожайностей сільгоспкультур. Страждала навіть кукуруза, пристосована завдяки своєму С4-метаболізму до посушливих і спекотних умов зростання.

Як «працюють» С4 рослини?

Найважливіший процес, що протікає в рослинах, — фотосинтез. Під впливом сонячної енергії і за участю води вуглекислий газ перетворюється на цукри, що дає енергію для розвитку самим рослинам і мікроорганізмам, що заселяють грунт.

Серед усіх рослин виділяються такі, в яких фотосинтез протікає по схемі, що отримала назву С4-фотосинтез. С4-рослини ефективніше використовують отриману енергію. Вони здатні за короткий період часу виробляти більше біомаси, ніж рослини зі звичайним С3-фотосинтезом. Для цього, щоправда, потрібні достатнє сонячне випромінювання та високі температури . Саме тому рослини, для яких характерний С4-фотосинтез, вирощують переважно в субтропіках і тропіках. Деякі культури, тим не менше, вже адаптовані до наших широт. Серед С4-рослин найзначнішою для людини є кукурудза. Просо, амарант, цукрова тростина також відносяться до цієї групи рослин. Є й деякі дводольні, що використовують подібний механізм «переробки» СО2, наприклад,  в'юнок, гвоздичні, айстрові.

Отже, що ж у С4-рослинах по-іншому? Зазвичай при високих температурах повітря рослини закривають свої продихи, що дозволяє уникнути втрати вологи в процесі транспірації. Побічний ефект такого захисного механізму полягає в зниженні інтенсивності процесів фотосинтезу, а з скороченням поглинання СО2 знижується і виробництво цукрів. С4-рослини виробили свій механізм, який виключає цей побічний ефект. Навіть при майже закритих продихах вони продовжують споживати вуглекислий газ.

Позначення С4 у назві групи таких рослин з'явилося за найменуванням проміжного продукту, який утворюється в процесі фотосинтезу, – оксалоацетату, що складається з чотирьох атомів вуглецю. Його синтез рослинами дозволяє ефективніше зв'язувати вуглекислоту, в результаті процес фотосинтезу в С4-рослинах протікає більш успішно.

Перетворення енергії під дією світла відбувається в клітинах двох типів. У мезофілі, звичайних листових клітинах, вуглекислий газ перетворюється за описаним механізмом в оксалоацетат, котрий транспортується в сусідні клітини обгортки провідного пучка, де він знову перетворюється в СО2. Стінки клітин обгортки провідного пучка закупорені, тому концентрація в них вуглекислого газу може перевищувати концентрацію в навколишній атмосфері в 10 разів. А стабільне забезпечення клітин рослин вуглекислим газом сприяє постійному виробітку основного, що утворюється в процесі фотосинтезу – рибулозобісфосфат-карбоксилази (рубіско). У результаті йде активний процес утворення цукрів.

Більшість оточуючих нас рослин, що відносяться до С3-рослин, на виробництво рубіско витрачають половину вироблюваної ними енергії. А С4-рослини можуть поглинати з повітря той же об'єм СО2, що і С3-рослини, але при цьому витрачати фермент у суттєво менших кількостях. Таким чином у їхньому розпорядженні залишається більше енергії для зростання і розвитку, в результаті вони здатні утворювати велику біомасу.

Механізм поглинання і перетворення вуглекислого газу дає зрозуміти і значення С4-рослин для екології.

Лише для трьох відсотків всіх видів рослин характерний С4-фотосинтез. Саме вони є постачальниками 5% одержуваної у світі біомаси, вони ж відповідальні за 25% всіх результатів процесу фотосинтезу на Землі і фіксацію 23% обсягів вуглекислого газу, що поглинається рослинами. Звідси й інтерес селекціонерів до розвитку механізмів С4-фотосинтезу у С3-рослин. Проте всі відомі на сьогоднішній день спроби добитися протікання фотосинтезу у С3-рослин з утворенням оксалоацетату, зокрема на рисі, залишаються малоуспішними.

Але варто відзначити, коли у рослин кукурудзи безпосередньо перед викиданням волоті листя скручуються, стають схожими на листя тютюну – справа не тільки в посусі. Помилки в технології вирощування провокують передчасний тимчасове вплив нестачі вологи на рослини, але цього можна уникнути.

Норма висіву: щільно – не на користь

Неправильно обрана норма висіву – одна з найчастіших помилок, особливо під час вирощування кукурудзи на легких ґрунтах. Піщані і супіщані ґрунти не відрізняються гарними показниками підйому вологи з глибоких шарів по капілярах, що суттєво обмежує її втрати в результаті випаровування. Таким чином, волога використовується перш за все рослинами, і чим менше рослин приходиться на одиницю площі, тим менша витрата ґрунтової вологи.

Одній рослині кукурудзи з моменту проростання до дозрівання потрібно 50 л води. Ця потреба покривається за рахунок вологи, накопиченої у ґрунті, або ж тієї, що поступає з випаданням опадів з червня по вересень-жовтень. Скорочена норма висіву сприяє раціональному витрачанню вологи, рослини кукурудзи в цьому випадку, не зазнаючи стресу, зможуть викинути волоті і успішно запилитися.

Читати по темі: Схема розрахунку норми висіву кукурудзи на зерно залежно від різних чинників

Стимуляція розвитку коренів

Для ефективного використання грунтової вологи рослинам потрібна здорова та активна коренева система. Тож інколи буває складно зрозуміти, чому після кожного посушливого сезону зростає попит на насіння ранньостиглих гібридів, адже гібриди, що рано достигають, цвітіння починають теж раніше, а з початком цвітіння ріст кореневої системи зупиняється.

Щоб досягти максимального розвитку коренів, варто орієнтуватись на пізньостиглі гібриди, безумовно, районовані. В такому випадку в рамках однієї групи стиглості можна буде зіграти на різних термінах початку цвітіння.

Термін сівби також визначає якість розвитку кореневої системи. Чим раніше посіяти і чим коротший світловий день на момент проростання, тим скоріше зародковий корінець росте вглиб, а це важливо, оскільки має позитивний вплив на розвиток всієї кореневої системи.

Забезпечення світлом

Досить значну роль в життєздатності та надійності кореневої системи кукурудзи відіграє напрямок посівів. За розташування рядів у напрямку з півночі на південь денне світло буде проникати в посіви далі та глибше, а нижнє листя, основне завдання якого забезпеувати корені асимілятами, отримають більш інтенсивне освітлення.

Передчасне відмирання нижніх листків через недостатню інсоляцію або з інших причин (наприклад, через дефіцит азоту в живленні або ж через помилки у застосуванні гербіцидів) запускає механізми ослаблення кореневої системи. Тому рекомендується приділити увагу подовженню життя нижніх листків.

Якість висіву

Недостатня інсоляція нижніх ярусів листя зустрічається також за нерівномірного розподілу рослин в посівах. Причини неоднорідних сходів можуть бути різними: несприятливі умови сівби, надто висока швидкість руху сівалки, не відкаліброване внесення добрив при сівбі, відхилення у глибині висіву. Тому на ці моменти варто звернути особливу увагу.

Читати по темі: Сівба кукурудзи: strip-till, мульча, сидерати, кулісні посіви та глибина загортання

Акуратніше з фосфором

Деякі господарства намагаються покрити потребу кукурудзи у фосфорі, вносячи фосфорні добрива в прикореневу зону. Нерідко вноситься 1,5-2 ц/га діамофоски.

А оскільки фосфор «притягує» до себе корені кукурудзи, тобто вони розвиваються в напрямі розміщення добрива, то виключається їхній розвиток вглиб. Справді, навіщо, знаходячись в оазі, пускатися в дорогу в пустелю? У результаті цінний час, відведений на розвиток кореневої системи в глибину, витрачається даремно. А рослини з неглибоко розвиненою кореневою системою гірше пристосовуються до подальших посух . Тому 30-40 кг Р2О5 на гектар – це максимум, щоб уникнути даного ефекту.

Увага на форму азоту

Кукурудза – однодомна роздільностатева рослина. На одній рослині розташовується як чоловіче суцвіття (волоть), так і жіноче (качан). При дії стресів чоловічі суцвіття можуть почати викидати пилок раніше потрібного часу, коли нитки рилець на качані розвинулися ще в недостатній мірі (явище протерандрії). У результаті виникають складнощі із запиленням. Про таку проблему свідчать пропуски зерен насамперед на кінці качана.

Переважаюче азотне живлення рослин сприяє протерандрії. Тому для кукурудзи слід використовувати ті азотні добрива, де азот міститься переважно в амоній-ній формі, бажано стабілізовані (інгібовані). Органічні добрива (гній) під кукурудзу також слід вносити з використанням інгібіторів нітрифікації.

Без зайвих рухів

Інтенсивний обробіток ґрунту, особливо навесні, веде до втрати ґрунтової вологи. Основний обробіток восени сприяє зменшенню ущільнень і підвищує пористість грунту. Проміжні культури завдяки своїм кореневим системам дозволяють зберігати ґрунтову структуру.

Там, де зимові опади не можуть забезпечити ґрунт необхідним об'ємом вологи, висівати проміжні культури має сенс пізніше, оскільки рослини-переростки витрачають ґрунтової вологи більше. У зв'язку з цим варто намагатися під зиму отримати посіви покривних культур висотою до коліна, не бульше.

Спрощена система підготовки ґрунту навесні в посушливих умовах повинна бути спрямована тільки на його швидке прогрівання.

На важких суглинистих грунтах слід уникати будь-яких додаткових операцій. Якщо можливо, то перед сівбою в таких умовах слід відмовитися від будь-якого ґрунтообробітку зовсім. Гній в цих випадках можна вносити в збільшених обсягах пізніше, вже по засіяному полю. Такі дії на важких ґрунтах дозволять не порушити їхньої тендітної структури, а на легких не спровокують втрати вологи в результаті загортання насіння.

Олена Басанець, SuperAgronom.com