3.2.1 АГРОМЕТЕОРОЛОГІЧНІ УМОВИ ПЕРІОДУ СІВБА-СХОДИ

Життєвий цикл зернових рослин починається з формування зиготи, однак вікові періоди прийнято визначати з моменту проростання насіння. Тому зазвичай перший період розвитку визначається, як стан проростку. На відміну від послідуючих вікових періодів зародки не живляться автотрофно, а використовують запаси поживних речовин насіння. Стан проростків характеризується також тим, що в цей період всі органи – корені, листя, зачаткове стебло є  зародковими, утвореними за рахунок речовин материнського організму та насіння.

Сівба високоякісним насінням - найважливіша умова досягнення високих урожаїв. У різних країнах існують спеціальні правові акти, якими регулюються якісні вимоги до посівного матеріалу при його виробництві і продажу, а також контроль за їх виконанням [1]. Останнім часом ситуація у насіннєвому контролі України наближається до міжнародних вимог. Зокрема, з’являються лабораторії і впроваджуються методи для оцінки посівних якостей насіння за правилами Міжнародної асоціації перевірки насіння (ІSТА), а також сортових якостей за схемами OECD (Організація економічного співробітництва та розвитку).

Починаючи з 2009 року розпочато дослідження з ґрунтового і лабораторного контролю батьківських форм гібридів кукурудзи відповідно до схеми сортової сертифікації OECD, внаслідок чого Україна набула членства у цій міжнародній організації у частині «зернові насіннєві схеми» та «насіннєві схеми кукурудзи та сорго» [2].

Якість насіннєвого матеріалу кукурудзи характеризують такі основні показники: гібридність, чистота, вологість, лабораторна й польова схожість, відкаліброваність, протруєння та інкрустація [1].

Процес появи сходів із зародка зернівки, поміщеної в ґрунт, дуже складний. Відома велика кількість робіт, які так чи інакше стосуються даного питання і пояснюють цей процес украй суперечливо. Першим критичним періодом у житті рослини є ріст і розвиток від посіву до сходів. Від того, за яких умов закладаються основи майбутньої рослини, залежить весь хід вегетаційного розвитку. Найбільший вплив з навколишнього середовища на проростання мають температура і вологість ґрунту та глибина закладення насіння.

Відносно мінімальної температури проростання насіння в літературі існує чимало даних. Деякі автори (Шиголев, Уоллес та Бресман)  вказують, що проростання насіння починається  при 6оС, за даними інших (Дроздов, Якушкин, Степанов, Руденко), температурний мінімум проростання кукурудзи знаходиться у межах 8-10оС. За даними Ф.М. Куперман, для проростання температура повинна бути не нижче 10-12 оС. Таким чином, узагальнивши всі існуючі відомості, Ю.І. Чирков [3] вважає, що нижня границя проростання кукурудзи знаходиться в інтервалі 6-12 оС. Його власні досліди, проведені в польових умовах, показали, що проростання насіння відбувається при температурі вище 8 оС.

Вологість грунту є також важливим фактором для проростання насіння. Перш ніж зародок почне рости, насіння повинні поглинути 40-44% води від їх початкової маси. При 10% повної вологоємності грунту насіння не проростає, це обумовлено нестачею вологи. З підвищенням зволоження грунту починається набубнявіння насіння, яке прискорюється зі збільшенням вологості до 80% повної вологоємності.

Глибина загортання насіння кукурудзи у вирішальному ступені залежить від грунтово-кліматичних умов. Досить крупне зерно кукурудзи вимагає для проростання багато води й кисню. У зв'язку із цим, з одного боку, необхідно, щоб насіння знайшло потрібний контакт із ґрунтом і його незруйнованою капілярною системою, що забезпечує доступ до нього ґрунтової вологи, з іншого боку, ґрунтовий шар над ним повинен бути пухким і не дуже товстим, щоб надходив кисень, необхідний для проростання. Оптимальна глибина сівби кукурудзи на легких сухих ґрунтах становить 6 см, на середніх суглинних - 5 см і на важких - 4 см. При занадто малій глибині сівби збільшується небезпека ушкодження при досходовому боронуванні сітчастими боронами. У будь-якому випадку необхідно забезпечити повне покриття насіння землею. Гострі сошники сівалок дозволяють проводити рівномірний висів насіння і їх добре загортання в ґрунт. Глибину ж загортання насіння під час сівби необхідно постійно контролювати [1].

Процес проростання насіння проходить за певними послідовними та взаємопов’язаними між собою фазами, а саме: інтенсивне поглинання води насінням (пасивна фаза), яка проявляється у набуханні та накльовуванні насіння, і фаза проростання (фаза активних ростових процесів) [4]. Розглянемо процес проростання насіння з фізіологічної точки зору.

Надходження води у насіння є пусковим фактором проростання та одним з головних чинників зовнішнього середовища, які регулюють життєдіяльність насіння. Сухе насіння містить лише зв’язану воду, яка практично не бере участь в обміні речовин. Тому для початку проростання воно повинно поглинути певну кількість вологи, необхідної для активізації ферментів та створення відповідного середовища для хімічних реакцій.

Набубнявіння спочатку здійснюється силами гідратації, далі – вступають в дію осмотичні сили, що виникають як наслідок накопичення продуктів гідролізу білків, жирів та полісахаридів. Поглинання вологи при набубнявінні залежить і від хімічного складу зародка, ендосперму та покриву насіння.

У сім'ядолях або ендоспермі містяться запаси поживних речовин. Вони призначені для живлення рослини в початковий момент часу. Після накопичення необхідної кількості вологи відбувається гідроліз речовин і синтез нових сполук [5]. Підвищується інтенсивність дихання. Слід відмітити, що зародок дихає значно інтенсивніше, аніж ендосперм, що можна пов’язати з високим вмістом білка у зародку [4].

Коли вологість насіння досягає критичного значення, яка становить 40-60% сирої маси відбувається запуск ростових процесів. Проростання починається з появи зародкового корінця, котрий прориває насіннєві оболонки. Цей процес називається накльовуванням. З початку проростання корінець росте швидше, аніж пагін. Корінець прориває оболонку насінини, виходить назовні, заглиблюється у ґрунт і починає поглинати воду. За сприятливих умов незабаром починає розвиватися стебло проростка, котре виходить на поверхню ґрунту. Для зростання і розвитку проросток витрачає енергію, яку отримує за рахунок розпаду органічних речовин, цукру, тобто дихання насіння.

Проростання насіння може відбуватися при різних температурах. При низьких температурах затримується витрата поживних речовин насінням і накопичення їх проростком. У результаті цього знижується здатність проростка долати опір ґрунту при виході на поверхню.

Сучасні дослідження за допомогою чисельних експериментів, проведених з використанням моделей продуктивності сільськогосподарських культур, дозволили деталізувати вплив умов навколишнього середовища на процес проростання насіння зернових культур і, зокрема, кукурудзи. Так, за дослідженнями [6, 7],     коли температура знаходиться у межах    оптимуму (21 – 24оС), запуск ростових процесів відбувається майже одночасно, адже вологість насіння досягає критичного рівня на протязі однієї доби. За даними В.Н. Павлової за оптимальних умов насіння набубнявіє також за одну добу [8]. У наступну (третю) добу – досягає свого максимуму вологість насіння за умови, що температура знаходиться в інтервалі 16 – 20оС. У випадку підтримання на протязі всього періоду температури 13 – 15оС критичний рівень вологості буде досягнуто за 4 доби, а у випадку 12 – 11оС – за 5 діб і лише за температури 10оС запуск ростових процесів можливий за 6 діб. Отже до температури 12оС зниження температури на 4оС затримує початок ростових процесів на 1 добу, що також погоджується з даними отриманими М.А. Строгановою [9].

Суттєве значення для швидкості проростання насіння має зволоження грунту. У роботі [10] підкреслюється необхідність врахування реакції насіння на зміну вологості ґрунту. Дані автора чисельно представлені в перерахунку на водний потенціал ґрунту та показують його вплив на час появи та повноту сходів. Найбільш сприятливим для росту, на його думку, є водний потенціал – 0,5 МПа, водний стрес спостерігається при –10 МПа, що значно обмежує появу сходів.

Ріст осьових органів обумовлений синтезом ДНК та діленням клітин, котре починається через 1,0 – 1,5 доби після початку набубнявіння. Одночасно відбувається масова мобілізація запасних речовин в запасаючих органах та надходження їх до ростучих органів. В наступні 1,0 – 1,5 доби починається розтягнення клітин, у корінці та пагоні з’являються зони розтягнення. Довжина сформованого апекса кореня (апікальна меристема) з кореневим чохликом не перевищує 1 – 2 мм. Довжина зони розтягнення зазвичай становить 5 – 7 мм.

Просунення пагона у ґрунті також обумовлене розтягненням клітин. Для захисту зародкового листя при просуванні пагона в щільному ґрунті у злаків служить колеоптиль – перший видозмінений лист.

У ґрунті в умовах темряви орієнтація росту осьових органів здійснюється по гравітаційному полю, корінь росте доцентровано, а пагін – відцентровано. Глибина загортання насіння впливає на польову схожість. При мілкому закладенні насіння через пересихання може не зійти, при глибокому закладенні – відчувається великий опір ґрунту [4].

За Ю.І. Чирковим, існує тісний зв’язок температурного режиму грунту на глибині загортання насіння з тривалістю періоду від сівби до проростання кукурудзи та значна стійкість сум температур (вище 8оС) від сівби до проростання. Зв’язок тривалості періоду з сумами середньодобових температур виражається наступним рівнянням регресії:

                                   ,                                 (1.1)

де y – сума температур, x – тривалість періоду, значення нижнього порогу температури розвитку рослин виражається коефіцієнтом при x, вільний член дорівнює сумі ефективних температур за період. Отже, при глибині загортання насіння 4 см та запасах вологи більше 15 мм у шарі ґрунту  0-10 см за період сівба-сходи сума ефективних температур  вище 8оС складає 83оС [3].

Із зростанням глибини загортання насіння сума ефективних температур, необхідна для періоду проростання-поява сходів, зростає. Аналіз досліджень показав, що при запасах продуктивної вологи більше 15 мм у шарі ґрунту 0-10 см при загортанні на глибину 4-12 см сума ефективних температур за період проростання збільшується на 7оС на кожен сантиметр заглиблення. Гранична глибина загортання насіння, при якій на поверхню грунту виходить кінчик колеоптиля, становить 12 см.

Залежність збільшення сум ефективних температур y від глибини загортання насіння x виражається рівнянням регресії:

                                                                       (1.2)

Тобто, сума ефективних температур, необхідна у період сівба-сходи кукурудзи, з поправкою на глибину загортання насіння (від 4 до 12 см) виражається наступним рівнянням:

                                                                                             (1.3)

де А – сума ефективних температур вище 8оС, що накопичується за період сівба-сходи при глибині  h загортання насіння; 83 – сума ефективних температур за період при загортанні на 4 см; 7 – додаткова сума ефективних температур, що додається на кожний сантиметр збільшення глибини загортання; h – глибина загортання насіння, см.

Згідно з Ю.І. Чирковим [3], який посилається на численні дослідження,

сівбу кукурудзи треба починати після переходу температури повітря через 10-12°С. На це ж вказують  М.І.  Гойса [11] та М.І. Володарський [12]. Дуже важливо, щоб після появи сходів не було заморозків, так як навіть невеликі заморозки (до - 3 ° С), які сходи кукурудзи переносять без помітних зовнішніх пошкоджень, ведуть до зниження врожаю.

У Середній Європі сівбу кукурудзи проводять звичайно, починаючи із другої половини квітня до 5 травня, у Білорусі - із третьої декади квітня по 5-10 травня. Щодоби запізнення з сівбою після оптимального строку знижує урожайність на 1%. Тобто запізнення на тиждень означає зниження врожайності на 7%, запізнення на два тижні - на 14%, на три тижні - на 21% [1].

Запізнення з сівбою призводить до зменшення частки качанів у масі рослин за добу на 0,4-0,5%, до зниження вмісту сухої речовини на 0,3-0,5 % і концентрації енергії на 0,1%. У зв'язку із цим, як тільки наступлять стійкі необхідні температури, сівбу треба провести в стислий термін, щоб максимально використати вегетаційний період.

Зі зменшенням вологості грунту     проростання уповільнюється, тривалість періоду сівба-сходи зростає. Відповідно зростають суми ефективних температур (з причини нестачі вологи тепло не може повністю використовуватись для процесів росту). Кількісне значення сповільнення  розвитку виражається через відношення ефективних температур, що необхідні за достатнього зволоження (W≥ 15 мм у шарі 0-10 см), до сум ефективних температур, що накопичуються за період за знижених запасах вологи (W<15 мм), тобто

                                                        (1.4)

Значення KW  за  різних запасів продуктивної вологи W у шарі   грунту 0-10 см, наступні:

З врахуванням умов зволоження рівняння 1.3 набуває вигляду:

                                           .                                                  (1.5)

Представлення  факторів, що визначають швидкість розвитку кукурудзи від сівби до сходів, через суму ефективних температур, надає можливість розраховувати тривалість періоду:

                                                           (1.6)

Сучасний підхід до питання про терміни посіву завдяки цілеспрямованій селекції на холодостійкість зазнав деяких змін. Дослідження, проведені за останні 15-20 років, показують, що для сучасних інтенсивних гібридів оптимальні терміни посіву наступають на 10-20 днів раніше прийнятих. Позитивними моментами при цьому є: подовження періоду активної вегетації і накопичення сухої речовини, оптимізація водного і теплового режимів в різні періоди вегетації, особливо в фазу цвітіння, зменшення втрат за рахунок збирання в більш ранні терміни [1].