Влияние климатических факторов на химический состав зерна

Содержание основных веществ в зерне, и особенно белков и крахмала, может значительно изменяться в зависимости от условий выращивания. Особо важное значение имеет изменение содержания белка в сельскохозяйственных растениях.

Еще в прошлом веке было отмечено, что зерновые культуры, и в частности пшеница, дают зерно с наибольшим количеством белка при возделывании их на юго-востоке европейской территории нашей страны. Первым исследователем, который правильно оценил значение белка в определении качества зерна пшеницы, был Н. Е. Лясковский. В 1865 г. он проанализировал большое число образцов этой культуры, полученных из различных районов России, и нашел, что содержание азота в зерне изменялось от 1,95 до 4,30%, т. е. количество сырого протеина колебалось от 11,1 до 24,5%. Этот ученый первым доказал, что количество белка в пшенице может резко изменяться и решающая роль в этом принадлежит климату. Он показал, в частности, что при посеве юго-восточных сортов пшеницы в Вятской губернии содержание белка в зерне резко уменьшалось.

В начале XX века появились и другие данные о влиянии условий выращивания на содержание белка в зерновых культурах, из которых наиболее известна работа К. Регеля «Хлеба России». Он отмечал, что при выращивании пшеницы на юго-востоке у нее почти полностью стираются сортовые различия по содержанию белка. Его количество в зерне других культур в зависимости от условий выращивания меняется так же, как и Зависимость химического состава зерна от влажности почвы. На содержание белка в зерне оказывают влияние многие факторы, один из основных — это влажность. Его значение экспериментально доказано Д. Н. Прянишниковым еще в 1900 г. Выращивая пшеницу при различной влажности почвы, он установил, что повышенная влажность вызывает снижение содержания белка в зерне. При влажности почвы 30% НВ в зерне было 2,86% азота, при 40—3, при 50 — 2,7, при 60— 2,6, при 70% — 1,84%. Влияние влажности проявлялось и в большом числе опытов на орошаемых участках: при поливе количество белка, как правило, снижалось по сравнению с его содержанием в зерне на делянках без полива. Л. С. Берг считает, что чем жарче лето, чем меньше осадков и чем короче вегетационный период, тем при прочих равных условиях белков & зерне больше.

Причины снижения содержания белков в зерне при орошении в течение ряда лет изучал А. Н. Павлов. Он установил, что это происходит вследствие двух причин: недостатка азота и изменения скорости прохождения фаз развития зерна. Недостаток азота при орошении часто проявляется потому, что растения, развивая в условиях орошения большую вегетативную массу, требуют и большего количества питательных веществ. Кроме того, происходит вымывание азота в более глубокие горизонты почвы. Вторая причина заключается в том, что вегетационный период и периоды формирования и налива зерна при орошении затягиваются, вместе с тем удлиняются сроки отложения крахмала в зерне, что влечет за собой снижение содержания белка.

Зависимость химического состава зерна от температуры. Этот фактор также оказывает влияние на накопление белков в зерне. В этом отношении интересны опыты В. В. Буткевича, который выращивал пшеницу в сосудах при температуре почвы 20 °C, 25 и 35 °C в течение всего вегетационного периода и определял содержание форм азота в зерне. Таким образом, только в результате повышения температуры на 15 °C содержание белка в зерне увеличивалось на 3,4%, а количество небелковых форм азота несколько снижалось.

Действие осмотического давления почвенного раствора. По данным Н. М. Тулайкова и других исследователей, на содержание белка в зерне большое влияние оказывает осмотическое давление почвенного раствора. В ряде опытов этот ученый показал, что при одинаковом уровне почвенного плодородия повышение осмотического давления почвенного раствора (что достигалось внесением в почву нейтральных солей, необходимых для питания растений) вызывало заметное увеличение содержания белка в зерне.

Подводя некоторые итоги результатам опытов о влиянии места произрастания на количество белков в зерне злаков, следует отметить, что все эти факторы (влажность, температура воздуха и почвы, осмотическое давление почвенного раствора, а также содержание азота в почве) действуют суммарно и в большей или меньшей степени способствуют увеличению содержания белка в зерне.

Если при относительном недостатке влаги, при повышенных температурах, большем содержании азота в почве обмен веществ растений смещается в сторону усиления синтеза белковых веществ, то при обратной направленности этих факторов в растениях будут преобладать процессы синтеза углеводов, а в семенах злаков — крахмала.

В зерне злаков наблюдается обратная зависимость между количеством белков и крахмала: при повышении содержания белков количество крахмала в зерне снижается, и наоборот. Поэтому можно ожидать, что при продвижении на юг и восток наряду с увеличением содержания белка количество крахмала в зерне будет уменьшаться. Однако относительная изменчивость содержания крахмала выражена несколько слабее, чем белка.

По данным М. И. Княгиничева, количество крахмала в зерне пшеницы сорта Гордеиформе 189 в зависимости от района выращивания изменялось следующим образом, %: Пушкинская опытная станция (Ленинградская область)—68,1, Московский сортоучасток — 66,2, Валуйская опытная станция — 61,1, Днепропетровская опытная станция — 58,4.

Аналогичные закономерности наблюдали в опытах с другими культурами, особенно яровых сортов. В зерне озимых сортов зерновых, как правило, крахмала больше, чем в зерне яровых, и количество его у озимых в зависимости от района выращивания изменяется меньше.

Влияние удобрений на химический состав зерна. Мы видели, что почвенно-климатические условия являются важным фактором, определяющим качество зерна зерновых культур. Однако изменением условий питания растений с помощью внесения тех или иных удобрений также можно воздействовать на химический состав растений и качество урожая.

Улучшение качества зерна не может быть достигнуто без широкого применения органических и минеральных удобрений, особенно в зонах достаточного увлажнения, и при орошении, т. е. в тех условиях, где применение удобрений дает максимальный эффект. Но мы знаем, что именно в районах достаточного увлажнения и при орошении зерно содержит меньше белка и отличается худшим качеством, чем в более сухих. Поэтому правильное применение удобрений в местностях с влажным климатом дает возможность не только резко повысить урожайность, но и значительно улучшить качество урожая зерновых культур.

Влияние удобрений на качество зерна злаков показано в работах многих авторов, и к настоящему времени эти вопросы довольно хорошо изучены.

Эти данные отчетливо показывают положительное действие азотных удобрений на накопление белка в зерне. Фосфорные удобрения почти не влияют на содержание белка, а калийные удобрения, внесенные в нормальной дозе на фоне азотных и фосфорных (варианты NP и NРК), вызывают некоторое повышение его количества. С другой стороны, двойные дозы калийный удобрений снижали содержание белка.

Под действием удобрений повышается не только урожай и количество белка в зерне, но также и содержание клейковины, стекловидность зерна, выход муки и хлебопекарные качества Для повышения качества урожая зерновых культур большое значение имеют сроки внесения азотных удобрений. Д. Н. Прянишников показал, что в районах достаточного увлажнения они оказывают очень большое влияние на урожай и его качество, а для озимых культур особенно важное значение имеет весенняя подкормка посевов азотом.

Многочисленными опытами показано, что при внесении в подкормку небольших доз азота (20—30 кг/га) урожай зерна повышается на несколько центнеров, но количество белка практически не изменяется, а при внесении более высоких доз азота (до 60—90 кг/га) дальнейшего повышения урожая обычно не наблюдается, но содержание белка возрастает на 2—3%.

Для увеличения количества белка в зерне яровых зерновых культур большое значение имеет внесение азотных удобрений в более поздние фазы развития — колошения и цветения. Азот в эти сроки используется растениями в основном не для синтеза белков в вегетативных органах и усиления вегетативного роста, а поступает в репродуктивные органы, в результате чего его содержание в зерне повышается, и синтез белков идет более интенсивно. В опытах И. В. Мосолова, проводившихся в Ставропольском крае, изучались влияние поздних подкормок на урожай и основные показатели качества зерна озимой пшеницы сорта Безостая 1.

Таким образом, урожай зерна под действием поздних подкормок почти не изменялся, но чем позднее вносили азотные подкормки, тем большее влияние они оказывали на качество зерна. Больше всего повышалось содержание белка (на 2,8%) и клейковины (на 10%) при внесении азотных удобрений в начале налива зерна. Однако следует учитывать, что такое действие поздних азотных подкормок проявляется лишь при достаточной обеспеченности растений влагой.

Озимая пшеница в конце вегетации часто испытывает недостаток азота. Исследования показали, что к началу молочной спелости в зерне содержится до 40—50% азота, к началу восковой— 70—80%, а остальные 20—30% азота поступают в зерно в фазу восковой спелости. Если в самом конце вегетации растения получают мало азота, то зерно будет с низким содержанием белка. При поздних подкормках растений азотом содержание белка и клейковины в зерне возрастает.

В последнее время широкое распространение получили некорневые подкормки растений растворами азотных удобрений. Наиболее часто для этой цели используют растворы мочевины и аммиачной селитры. В таблице 19 приведены данные одного из опытов ТСХА по действию этих удобрений на урожай и качество зерна сорта Краснозерная на дерново-подзолистых почвах.

Некорневая подкормка значительно увеличивает содержание белка и клейковины и способствует росту сбора белка с единицы площади.