Кукуруза под контролем: как понимание этапов развития культуры спасает урожай

Кукуруза — культура уникальная. В отличие от пшеницы или ячменя, она работает по схеме C4-фотосинтеза. Это значит, что растение тратит меньше воды на производство каждой единицы органического вещества и активнее набирает биомассу даже в жару.

Однако высокая эффективность имеет обратную сторону. Кукуруза жестко привязана к теплу, свету и срокам снабжения влагой. О том, как понимание внутреннего устройства культуры и этапов ее органогенеза позволяет аграрию выбрать нужный гибрид и выстроить правильную стратегию выращивания, мы поговорили с Игорем Харламовым, менеджером по продукту силосная кукуруза компании «Лимагрен».

Анатомия продуктивности: строение листа и С4-фотосинтез кукурузы

Кукуруза относится к растениям с C4-типом фотосинтеза. Благодаря особому контролю транспирации она может создавать внутри листьев благоприятный микроклимат для фотосинтеза. В итоге кукуруза способна поглощать углекислый газ и нормально расти даже в условиях высоких температур, при этом почти не увеличивая расход влаги на испарение.

Высокая интенсивность фотосинтеза напрямую связана с особенностями строения листа кукурузы, который называют корончатым, или кранц-типом. Именно это строение позволяет кукурузе эффективно усваивать углекислый газ и быстро передавать продукты фотосинтеза в транспортную систему сосудов листа и всего растения.

Лист кукурузы имеет большую площадь, это помогает лучше использовать солнечный свет и углекислоту. Чтобы ограничить потери влаги с большой поверхности, в эпидермисе листовых пластинок одного растения кукурузы образуется от 100 до 200 миллионов устьиц.

Оптимальный индекс листовой поверхности для зерновой кукурузы — 3,0–4,0. При затенении фотосинтез падает. Но аппарат растения способен перенастраиваться под новую интенсивность света. Это защищает мембраны хлоропластов от повреждений при ярком свете в сочетании с неблагоприятными факторами среды (низкой температурой, засухой).

Кукуруза — растение короткого дня. Быстрее всего она переходит к генеративной фазе при 8–9 часах освещения. Поэтому оптимальное окно развития — с 8 до 17 часов. При удлинении светового дня культура активнее растет, но реакция зависит от генотипа. Один и тот же гибрид на севере сформирует больше листьев и междоузлий, чем на юге. Большинство гибридов негативно реагируют на красный спектр, который преобладает в сумерках.

Температура: сколько тепла нужно кукурузе

Роль температуры для развития этой культуры достаточно хорошо изучена: сумма активных температур (выше 10 °C) за период вегетации варьирует от 1800 до 3000 °C в зависимости от скороспелости биотипа.

Повышенные требования кукурузы к теплу проявляются уже на стадии прорастания семян: культуре необходима температура не менее 8 °C, оптимум — 12–15 °C. Критической точкой для проростков станет минус 2–3 °C. Часто такая низкая температура приводит к их гибели. Биохимия кукурузного зерна такова, что гидролиз жиров идет медленнее, чем углеводов, и требует больше тепла, воды и кислорода. В холодной переувлажненной почве семена набухают, но не прорастают.

Жизненный цикл кукурузы — это сложный процесс, в котором переплетаются старение растения и образование новых органов. У кукурузы параллельно идут два процесса органогенеза — главного побега и бокового, то есть метелки и початка. Каждый этап требует определенной суммы эффективных температур. Величина этой суммы уменьшается со скороспелостью сорта. Чем более скороспелый гибрид, тем меньше тепла требуется на каждый этап. У позднеспелых сортов на один этап органогенеза метелки уходит 100–200 °C, у раннеспелых — 40–60 °C.

Для вегетации оптимальна дневная температура 22–25 °C, ночная — 16–18 °C. Нижний предел для вегетативных органов — 10–11 °C, для репродуктивных органов и цветения — 12–15 °C. Осенью процессы накопления сухой массы заканчиваются при температурах ниже -2 °С. Осенние заморозки вызывают отмирание растений в течение суток независимо от сортовых особенностей.

Корневая система, почва и питание

Корни кукурузы мочковатые и многоярусные. Основная масса расположена в слое 30–60 см, но на черноземных почвах мелкие корни уходят на глубину до 2 метров и более. В радиусе корни распространяются до 1 метра.

По площади питания полностью мочковатая корневая система формируется к фазе 6–8 листьев. Максимальной глубины корни достигают к фазе выметывания. Холодная весна заставляет вторичные и узловые корни расти горизонтально. Но как только почва прогреется до 10–12 °C, корневая система начинает интенсивно проникать на глубину 40 см и более.

Требования к типу почвы у кукурузы умеренные, а вот к уровню агротехники — высокие. Лучшие почвы для этой культуры считаются средние по гранулометрическому составу и богатые органикой. Предпочтительная реакция pH 6,0–7,5. На слабокислых (pH 5,5–6,0) урожаи еще приемлемы, но при pH ниже 4,5 кукуруза не растет.

Корневая система кукурузы устроена так, что растение быстро и в больших количествах поглощает питательные вещества. Поэтому кукурузе нужно много этих веществ в высокой концентрации. Это также напрямую связано с тем, что её фотосинтез работает по эффективному С4-типу.

При выращивании одной тонны зерна в среднем кукуруза потребляет: азот — 24,6 кг, фосфор — 9,9 кг, калий — 25,5 кг. Максимум азота культуре важно получить в генеративную фазу, когда формируются початки и наливается зерно; фосфора — в молочно-восковую спелость и калия — за 10–12 дней до выметывания.

Вода: критическое окно в 30 дней

По требовательности к водному режиму кукуруза относится к мезофитам. На каждый миллиметр воды растения кукурузы производят около 20 кг зерна на гектаре.

Однако при высоких урожаях кукуруза потребляет большое количество влаги. От запасов влаги в почве к началу посева и от осадков во время вегетации, особенно в период «выметывание — формирование зерна», зависит уровень урожая кукурузы. Кукуруза хорошо использует летние и даже частично осенние осадки, которые бесполезны для других зерновых культур.

В начале роста потребность в воде низкая: 30–40 м³/га в сутки. Для прорастания зерновке нужно 37–44 % воды от ее массы. Перелом наступает с фазы 7–8 листьев. Потребление резко растет и достигает пика — до 80–100 м³/га в сутки за 10–14 дней до выметывания. Период от вымётывания до формирования зерна занимает около 30 дней, и он критический. Урожай в это время определяют осадки, а не запасы влаги в почве. Предпосевные запасы воды важны, но они играют второстепенную роль.

Когда кукурузе в период её самой высокой потребности во влаге не хватает воды, особенно если при этом стоит ещё и сухая жаркая погода, растения начинают вянуть, фотосинтез ослабевает, листья отмирают раньше времени, а процессы оплодотворения и формирования зерна нарушаются. Потери урожая при этом могут быть очень серьёзными: если во время опыления листья увядают на 1–2 дня, зерна становится меньше на 22 %, а если стресс затягивается на 6–8 дней, урожай падает уже наполовину.

Даже за две-три недели до появления метёлки недостаток воды способен снизить конечный урожай сухого вещества на 25 %. Всё дело в том, что пыльца кукурузы почти на две трети состоит из воды и легко высыхает. Когда температура поднимается выше 30–35 градусов, а влажность воздуха падает примерно до 30 %, пыльца высыхает уже через один-два часа после того, как пыльники лопнули.

В результате початки получаются плохо выполненными, с череззерницей, хотя это отчасти может компенсироваться тем, что оставшиеся зёрна вырастают крупнее и тяжелее. Интересно, что у зерновой кукурузы засуха во время цветения сильно бьёт по урожаю зерна, зато масса стеблей может даже увеличиться: сахара, которые в норме идут в початок, остаются в стебле, потому что потребляющим тканям початка просто не хватает размера.

Цветение и опыление: раздельнополость как стратегия

В отличие от других зерновых злаков, у кукурузы есть два типа соцветий: мужское (метелка) и женское (початок). Метелка несёт до 2–2,5 тысяч цветков и производит до 20 миллионов пыльцевых зёрен. Початок зацветает на два-три дня позже, поэтому в 95% случаев происходит перекрёстное опыление ветром.

Такая разница во времени созревания мужских и женских соцветий приносит кукурузе двойную пользу. Во-первых, она поддерживает гетерозис — то есть «гибридную силу», когда потомство получается крупнее и урожайнее своих родителей. Во-вторых, помогает регулировать энергетический баланс растения: кукуруза не тратит все силы сразу, а сначала направляет ресурсы на производство пыльцы, а затем, когда метелки отцветают, на развитие и питание початков.

Как число листьев управляет скороспелостью кукурузы

Высокая продуктивность кукурузы напрямую зависит от целого ряда внешних признаков растения, таких как общая высота, количество початков на одном растении, кустистость и степень облиственности. Особую роль среди этих признаков играет число листьев на главном стебле: оно определяет скороспелость и тесно связано с общей площадью листьев, которая улавливает солнечный свет.

Скороспелые сорта, которые образуют 11–12 листьев, накапливают за период от третьего листа до выметывания сумму эффективных температур, равную 270–300 °C. Позднеспелые сорта, образующие 19–21 лист, — 510–570 °C. При сравнительно сходных условиях длительность всех этапов органогенеза больше у позднеспелых гибридов по сравнению с раннеспелыми.

Когда речь идёт о силосной кукурузе для регионов с рискованным земледелием, важно ориентироваться не только на максимальную урожайность, но и на стабильность гибридов в реальных полевых условиях. Конкретнее — как гибрид переносит прохладную весну, летнюю засуху и успевает ли созревать до наступления холодов.

«Наши наиболее устойчивые к холоду раннеспелые гибриды относятся к кремнисто-зубовидному типу. Например, ЛГ 30179 с ФАО 170: раннее цветение помогает ему избегать стресса в середине вегетации, а высокая холодостойкость позволяет проводить ранний посев. Или ЛГ 30215 с ФАО 200 — ранний гибрид комбинированного использования для силоса и зерна высокого качества. Он отличается быстрым стартом, ранним развитием, хорошо адаптируется к сезонным стрессовым условиям и обеспечивает стабильный урожай даже при изменении климата. Оба гибрида — надёжный выбор для тех, кто ценит предсказуемый результат», — рассказывает Игорь Харламов, менеджер по продукту силосная кукуруза компании «Лимагрен».

Практический вывод

Для того, чтобы кукуруза хорошо росла и давала урожай в конкретном регионе, ей нужно много света, подходящая температура, а также тщательный отбор гибридов по скороспелости и устойчивости к разным неблагоприятным условиям.

Но даже лучший гибрид не покажет своих возможностей, если его главные этапы роста придутся на засуху или холода. Поэтому специалисты советуют внимательно разбираться в этапах органогенеза кукурузы — знать последовательные стадии закладки и формирования всех органов растения, от корней до початков.

Важно следить за так называемыми критическими окнами — это короткие, но ключевые промежутки времени, когда кукуруза особенно чувствительна к нехватке воды или тепла. И главное, не допускать сбоев в самый ответственный период — от вымётывания метёлок до налива зерна, потому что именно в это время решается, каким будет конечный урожай.