Биологические и морфологические особенности культуры

Пивоваренный ячмень — культура раннего срока сева. В зерне поздних сроков сева увеличивается содержание белка, возрастает пленчатость, уменьшается выравненность и крупность. Пивоваренный ячмень следует сеять в первую очередь и в максимально сжатые сроки за 2- 3 дня [18].

Семена ячменя могут прорастать при температуре +1.+2?С. Жизнеспособные всходы появляются уже при температуре +4.+5?С. Однако оптимальна температура в период прорастания (всходы) — это +10.+12?С. Всходы ячменя без особого ущерба переносят заморозки до -6 ?С. Тем не менее длительное похолодание в сочетании с избыточным увлажнением вызывают задержку роста и угнетение растений. В фазу кущения наиболее благоприятная температура 10−12?С. В последующий период колошения-цветения оптимальная температура 17−20?С, а во время созревания температура должна быть 22−23?С. При температуре ниже 13−14?С налив и созревание зерна задерживаются. Опасны заморозки во время цветения и созревания зерна. Завязь и пыльники повреждаются при температуре −1…−2?С. Сумма активных температур, необходимых для полного цикла развития ячменя, составляет около 1600- 2000? С [18,21].

Высокие температуры (40°С и выше) в период налива зерна ячмень переносит лучше, чем пшеница и овес. Среди яровых зерновых ячмень — самая засухоустойчивая культура. По устойчивости к «захвату» и «запалу» он занимает первое место среди хлебов первой группы. В засушливые годы обычно даёт более высокие урожаи зерна, чем яровая пшеница и овес [18,21].

Исследования В. Р. Зеленского показали, что при температуре воздуха 38−40°С устьица листьев ячменя теряют способность закрываться через 25−30 ч, а яровой пшеницы — через 10−17 ч. Повышенная жароустойчивость ярового ячменя связана с его скороспелостью, а также способностью интенсивно использовать питательные вещества в ранние этапы роста [8].

Ячмень менее требователен к воде и более экономно расходует ее, чем пшеница, овес и озимая рожь. Транспирационный коэффициент ячменя составляет 400−520. Семена при прорастании нуждаются в меньшем количестве воды (48- 65% от массы зерна), чем семена других злаков. Хотя влагу ячмень расходует экономнее, чем овес, но весеннюю засуху переносит хуже овса, что объясняется медленным ростом его корневой системы. Максимально количество воды растение расходует в фазу начало выхода в трубку. Недостаток влаги в период образования репродуктивных органов губительно действует на пыльцу ячменя, чем вызывает увеличение числа бесплодных цветков, тем самым снижая продуктивность растений [10,18,21].

К почвам ячмень очень требователен. Короткий период вегетации, слабое развитие и невысокая способность усвоения корневой системы обуславливает высокую потребность ячменя в питательных веществах. Лучшие по гранулометрическому составу — дерново-подзолистые, суглинистые и супесчаные почвы, подстилаемые моренным суглинком. Непригодны легкие почвы, подстилаемые песком, заболоченные с близким стоянием грунтовых вод, торфяники с избыточным режимом азотного питания и почвы с повышенной кислотностью. Высокие урожаи ячменя получают на нейтральных и слабокислых почвах. Большую чувствительность к реакции почвы ячмень проявляет в начальные фазы роста. Наиболее благоприятной реакцией почвенного раствора является значение рН 6,0−7,4. Содержание гумуса — не менее 1,8%. Подвижного фосфора и обменного калия — не менее 150 мг/кг почвы. К прорастающей зерновке ячменя необходим постоянный приток воздуха. Поэтому почва должна быть хорошо аэрируемая [2,8].

Климатические и почвенные условия влияют не только на рост и развитие растений ячменя, но и на химический состав его зерна. Пасмурная влажная погода благоприятствует накоплению крахмала в зерне, что имеет большую ценность для пивоваренной промышленности. Солнечная и сухая погода, наоборот, способствует накоплению белков, а вместе с этим повышаются кормовые и пищевые качества. Ячмень — растение длинного светового дня. Недостаток света способствует сильному затягиванию его колошения [2, 4, 8].

Отношение к элементам питания. Ячмень имеет сравнительно короткий вегетационный период, среднеразвитую корневую систему с низкой усвояемой способностью. Поэтому он является высоко требовательной к условиям почвенного питания культурой. Биологической особенностью ячменя является его способность быстро накапливать органическое вещество за короткий отрезок времени. Ко времени выхода в трубку он использует около 65% калия и 46% фосфора. К началу цветения им потребляется до 85% питательных веществ. Недостаток питания в начальный период роста ячменя не компенсируется внесением удобрений в последующие фазы его развития [2,8].

Наибольшее влияние на величину и качество урожая ячменя оказывают азотные удобрения, эффективность использования которых зависит от сроков их внесения, почвенного плодородия, кислотности, обеспеченности другими элементами питания, предшественника, сроков посева и др. Внесение азота повышает урожай зерна, особенно на подзолистых почвах с низким содержанием гумуса и подвижных форм азота. Улучшение азотного питания оказывает влияние на продуктивное кущение и листовую поверхность. Однако повышенное и избыточное азотное питание увеличивает содержание азота в вегетативных органах, а затем и в зерне, что ухудшает его пивоваренные качества. Влияние азотного питания на величину и качество урожая зависит от температуры воздуха и количества осадков в течение вегетации. В засушливое лето прибавка урожая от применения азотного удобрения сравнительно низка, однако повышается содержание белка в зерне. При достаточном количестве осадков азотные удобрения дают прибавку урожая и незначительно повышают белковость зерна [1, 2, 4].

Фосфор и калий необходимы растениям ячменя как для ранних фаз развития, так и для генеративных фаз. Всходы ячменя плохо усваивают фосфор из почвы, поэтому при отсутствии минеральных легкодоступных фосфорных соединений они испытывают фосфорное голодание, что отрицательно сказывается на последующем росте и развитии растений. Внесение небольшой дозы фосфора при посеве повышает урожайность ячменя. Оптимальная обеспеченность растений ячменя фосфором способствует хорошему развитию корневой системы и заложению крупного колоса, повышению устойчивости растений к болезням и улучшению азотного обмена [2, 14].

Калий регулирует водный и азотный обмен, повышает устойчивость к полеганию, засухе, болезням. Калийные удобрения повышают содержание крахмала в зерне ячменя, улучшают его пивоваренные качества, ускоряют созревание [2, 14].

Ячмень (Hordeum Vulgare L.) — род однолетних и многолетних растений семейства мятликовых. Все культурные ячмени, по классификации Н. И. Вавилова и А. А. Орлова, объединяются в один вид — ячмень посевной (Hordeum sativum L.). По числу плодоносящих, нормально развитых колосков на уступе колоскового стержня он делится на три подвида:

• 1) многорядный или шестирядный, у него развиты и образуют зерно все три колоска на каждом уступе, которое отличается невыравненностью (рис. 1.1);
• 2) ячмень двухрядный, у которого развит и образует зерно только средний колосок, а боковые бесплодны, поэтому зерно крупное, выровненное (рис.2);
• 3) ячмень промежуточный, у которого развито неопределённое число (1−3) колосков (рис. 1.2).

Рисунок 1. Шестирядный ячмень: 1 — правильный; 2 — неправильный.

Рисунок 2. Двурядный ячмень.

Распространены в основном многорядные и двухрядные ячмени. Зерно двухрядного ячменя чаще используется для технических целей [2].

Всходы ячменя представляют собой влагалищный лист (колеоптиле) шиловидной формы, в котором находятся первый настоящий лист и зачатки последующих листьев. Всходы ячменя могут иметь в зависимости от вида и сорта зеленый, фиолетовый и светло-коричневый оттенок [2].

Лист состоит из листового влагалища, охватывающего стебель, листовой пластинки, язычка (лигула) и ушков (аурикула). Все формы ячменя имеют хорошо развитый язычок. Ушки довольно крупные и этим ячмень резко отличается от других злаков [2, 10].

Колосок — одноцветковый. Состоит из двух колосковых чешуй, двух цветковых чешуй, одной завязи, трех тычинок и лодикула [10].

Стебель у ячменя — соломина, полая, достигающая высоты 130 — 135. Узлов и соответственно ярусов листьев бывает от 4 до 6, редко больше. Стебель покрыт восковым налетом, голый, редко опушенный [10].

Корневая система. Мочковатая, зародышевых или первичных корней бывает от 5 до 8. в дальнейшем из узла кущения начинают развиваться вторичные корни, которые образуют мощную корневую систему [10].

Соцветие — сложный колос. На уступах колосового стержня сидят по три колоска. В каждом колоске один цветок, состоящий из наружной цветковой чешуи с остью или трехлопастным придатком — фуркой (известны и безостые формы), внутренней цветковой чешуи, трех тычинок с двугнездными пыльниками, одногнездной завязи с двумя перистыми рыльцами и двух листовидных образований — лодикул, расположенных у основания наружной чешуи. Окраска наружных цветковых чешуй и остей может быть желтая, черная или оранжевая. Иногда чешуи окрашены антоцианом [2, 10, 11].

Плод — зерновка, довольно крупных размеров: длина — 7−10 мм, ширина и толщина — 2−3 мм. Различаются ромбическая, удлиненная, эллиптическая формы зерновки с соломенно-желтой, зеленой, черной, оранжевой и фиолетовой окраской [10].

Растения ярового ячменя проходят следующие фазы роста: прорастание семян, всходы, кушение, выход в трубку, колошение, цветение, формирование и созревание зерна [2,10].

Прорастание. Для прорастания требуется воды 48−70% от массы сухих семян. В благоприятных условиях фаза прорастания длится 2−5дней. В этот период ячмень чувствителен к неблагоприятным факторам среды, недостатку влаги, низким температурам, избыточному увлажнению высокой плотности почвы и другие. Обеспечение оптимальных условий для прорастанияодин из важных приемов агротехники [10,18].

Всходы. Время от посева до появления всходов зависит от агротехники влажности и температуры почвы. Продолжительность этого периода может колебаться от 5 дней до 2−3 недель. Глубокая заделка семян и почвенная корка вредно отражаются на всхожести ячменя. Если в почве мало кислорода, семена могут погибнуть. При прорастании, вначале появляются зародышевые корни, затем первый зародышевый лист, защищенный со всех сторон бесцветным колеоптиле. Когда колеоптиле достигает поверхности почвы, свернутый первый лист прорывает верхушку и разворачивается. На дружность прорастания семян большое влияние оказывает качество посевного материала. Выровненные, хорошо выполненные семена имеют высокую энергию прорастания и дают дружные всходы [10].

Кущение. Главный узел кущения расположен в зависимости от типа и влажности почвы на глубине 1−3 см. Начало кущения у ячменя обычно совпадает с появлением третьего листа. В дальнейшем часть стеблей нормально развиваются (особенно первые побеги), другая часть из-за неблагоприятных факторов остается бесплодной. Кустистость различают общую (включают все стебли) и продуктивную — только стебли с продуктивным колосом. Кустистость ячменя зависит от глубины залегания узла кущения, света, влаги и питательных веществ. Надо избегать как чрезмерно глубокой, так и слишком мелкой заделки семян. При глубокой заделки ростки с трудом пробиваются на поверхность почвы, становятся ослабленными, а часть не в состоянии пробиться и кустистость снижается. При мелкой заделке часто наблюдается недостаток влаги в верхнем слое почвы и вторичные (узловые) корни не могут успешно развиваться. Большое влияние на кустистость оказывает плодородие почвы. Ячмень вообще кустится значительно сильнее, чем овес и яровая пшеница, но на малоплодородных землях он почти не кустится. В период кущения (через 8−12 дней после всходов) заканчивается формирование зачаточного колоса. Недостаток питательных веществ и влаги в почве в начале вегетации ведет к снижению урожая. В период от кущения до выхода в трубку ячмень наиболее интенсивно потребляет из почвы питательные вещества. В фазы всходов и кущения протекает важный процесс корнеобразования ячменя. Первичные корни в период кущения проникают на глубину 50−60 см., а вторичные начинают образовываться одновременно с появлением новых боковых побегов. Основная масса корней находится в пахотном слое [2, 10].

Выход в трубку. Фаза выхода в трубку наступает примерно через 3−4 недели после появления полных всходов. У основания главного стебля образуется небольшая выпуклость — бугорок первого стеблевого узла. В этот период заканчивается формирование колоса, колосков и цветков, недостаток влаги и света приводит к частичной стерильности и уменьшению числа зерен в колосе[10].

Колошение. Фаза колошения наступает с появлением колоса из влагалища листа. В засушливые годы начало колошения отмечают при появлении остей колоса. К началу колошения ячмень полностью сформировывает генеративные органы — пыльники и пестик с рыльцами [10].

На севере ячмень выколашивается быстрее, чем на юге, из-за более длительного дня, короткий день на юге задерживает наступление фазы колошения, благоприятно сказывается на ускорении фазы колошения повышенная температура воздуха. Во время формирования колоса условия внешней среды оказывают большое влияние на длину колоса, число колосков и продуктивность [11].

Цветение и оплодотворение. Ячмень относится к самоопыляющимся растениям, но иногда опыляется перекрестно. В каждом развитом цветке находится мужские и женские органы. Цветение ячменя чаще всего совпадает с началом колошения и реже (через 1−3 дня) после него. В засушливые годы цветение ячменя происходит по влагалище листа [10].

Созревание зерна. В процесс созревания зерна у ячменя различают три фазы: спелости, молочную, восковую и полную. Влажность спелого зерна не должна превышать 14−16% [10].

Вегетативный период. Длина вегетативного периода ячменя (от всходов до созревания) зависит от сорта и условий выращивания. Из злаковых культур ячмень созревает раньше всех. Раннеспелые сорта ярового ячменя созревают в течение 53−60 дней, а позднеспелые за 100−120 дней [2].

Этапы органогенеза ячменя [10]:

I этап развития начинается еще на материнском растении при формировании зародыша. Конус нарастания зародыша слабо дифференцирован, имеет полусферическую форму, у основания его видны в виде валиков зачатки зародышевых листьев. Заканчивается I этап уже в период прорастание—всходы, когда идет усиленный рост зародышевых листьев и корешков.

На II этапе, начинающемся с появлением всходов, наряду с продолжающимся ростом зародышевых листьев и корешков происходит дифференциация конуса нарастания на зачаточные узлы и междоузлия стебля.

Начало III этапа органогенеза совпадает обычно с появлением третьего листа. Этот этап знаменует собой переход к формированию зачаточного соцветия — колоса. В период прохождения третьего этапа, начиная с фазы третьего листа, наблюдается рост колеоптильных корней.

Между фазами начала кущения и выхода в трубку начинается IV этап органогенеза, во время которого на оси колоса формируются конусы нарастания второго порядка — колосковые бугорки. Как и вегетативные элементы стебля, они закладываются на оси колоса снизу вверх, однако затем самый сильный рост и опережающее развитие наблюдаются у колосков выше 3 — 4-го сегментов от основания колоса.

В конце IV — начале V этапа на колосковых бугорках, в первую очередь в средней части колоса, закладываются конусы нарастания третьего порядка — цветочные бугорки. В дальнейшем на V-VII этапах, охватывающих фенофазы выход в трубку — стеблевание, идет формирование цветочных органов и полевых элементовцвета.

На V этапе органогенеза формируются тычиночные нити с пыльниками и завязи с семяпочками, в конце этапа в пыльниках и семяпочках закладываются спорогенные ткани.

На VI этапе, совпадающем с фенофазой стеблевания, идет микрои макроспорогенез, заканчивающийся образованием пыльцевых зерен в пыльниках и зародышевого мешка в каждой семяпочке. На фоне продолжающегося стеблевания протекает и VII этап, заключающийся в формировании половых элементов цветка. Условия прохождения V—VII этапов имеют исключительно важное значение для продуктивности колоса. Эти этапы совпадают с так называемым критическим периодом в жизни пшеницы, когда она наиболее чувствительна к недостатку влаги, жаре и другим неблагоприятным воздействиям.

VIII этап совпадает с фенофазой колошения, когда заканчивается формирование и рост всех органов цветка, и затем наступает IX этап — опыление и оплодотворение. Следующие за цветением X—XII этапы органогенеза соответствуют фенологическим фазам созревания зерна. Продолжительность этапа в решающей степени зависит от температуры. Неблагоприятные условия в период налива зерна вызывают различные его повреждения, характер которых зависит и от условий, и от фазы спелости зерна. Основной причиной череззерницы и пустоколосости является недостаток влаги и высокие температуры в период формирования генеративных элементов или избыточная влажность воздуха во время цветения.