Кукуруза – одна из важнейших кормовых культур. Кукуруза – третья по значимости культура в мире после пшеницы и риса, выращивается в более чем 25 странах мира с валовым сбором 710 млн т (ФАО, 205).
Ее успешное возделывание в значительной мере зависит от эффективности используемой системы защиты растений от вредителей, болезней и сорняков, из–за которых ежегодно теряется до 35% урожая культуры.
По межгодовой устойчивости урожаев зерна она занимает первое место, выполняя роль страховой зерновой культуры, ее роль в стабилизации валовых сборов зерна исключительно велика. Кроме того, по кормовым достоинствам (качеству и степени поедаемости сельскохозяйственными животными) зерно кукурузы среди зерновых культур также занимает одно из первых мест.
Кукуруза является наиболее перспективной фуражной культурой. По потенциальной урожайности (80–100 ц/га), окупаемости затрат и энергетической питательности (13–14 МДж в 1 кг зерна) она превосходит все фуражные злаковые культуры. Потребность в зерне кукурузы в животноводстве в обозримой перспективе составит более 7 млн т., в том числе в скотоводстве – 1,6, свиноводстве – 1,3, птицеводстве — 4,2 млн т. Минимальная общая потребность в зерне кукурузы (с учетом расхода семян, включая посевы на силос) оценивается в 11–12 млн т.
Экономическое преимущество кукурузы заключается в ее исключительной продуктивности даже при более суровых условиях вегетации (засуха), возможностях механизации при возделывании и химизации, многосторонности использования и благоприятном влиянии на организацию всего сельскохозяйственного производства. В то же время возделывание кукурузы больше, чем многих других культур, обусловлено особенностями местных природных и экономических условий. Особенно сильно кукуруза реагирует на изменение почвенно–климатических и погодных факторов величиной и качеством урожая.
Скороспелость является одним из наиболее важных свойств кукурузы, определяющим возможности расширения ареала ее возделывания как на зерно, так и на силос. При выращивании кукурузы на зерно требуется, чтобы она вызревала до полной спелости (влажность очищенного от листьев початка ниже 35%) еще до наступления регулярных ранних осенних заморозков.
На пищевые цели используют все основные разновидности кукурузы. Однако наибольшая роль отводится сахарной (Zea mays sacchrata) и лопающейся кукурузе (Zea mays everta), которая по сравнению с другими подвидами содержит больше белка и пригодна для получения питательного калорийного продукта — «воздушной» кукурузы. Для производства кукурузной муки используют зубовидную кукурузу (Zea mays indentata), а кукурузной крупы — кремнистую (Zea mays indurate). В пивоваренной промышленности предпочтительнее использовать крахмалистую кукурузу (Zea mays amulacea). Зерно кукурузы широко используют также для технических целей: производства крахмала, глюкозы, патоки, масла, спирта.
По сравнению с другими зерновыми культурами зерно кукурузы имеет значительно более высокую кормовую ценность. В среднем в зерне содержится 11–13% белка, 65–70% крахмала, 5–6% жира. В 1 ц зерна кукурузы насчитывается 1,34 корм. ед., т.е. по питательности и калорийности эта культура опережает ячмень и овес. Сравнительно низкое качество кукурузного белка обусловлено недостатком лизина и триптофана. Именно по этой причине при использовании кукурузы в качестве корма или пищевого продукта их следует обогащать соответствующими пищевыми и кормовыми добавками, в том числе высококачественным белком. Зерно кукурузы отличается высоким содержанием витаминов и поэтому играет исключительно важную роль с точки зрения физиологического воздействия на рост и воспроизводительную способность животных. Из 100 кг кукурузного зерна получают 21 кг глютенина и 1,8–2,7 кг кукурузного масла, или 77 кг муки без зародышей, или 63 кг кукурузного крахмала, или 71 кг декстрина, или 44 л абсолютного спирта.
Кукуруза – одна из наиболее распространенных и в то же время агроэкологически адресных зерновых культур. Большая часть посевов зерновой кукурузы и основное ее производство (80 %) в России сосредоточены на Северном Кавказе. В более северных регионах (Центральном, Центрально–Черноземном, Поволжье и др.) кукурузу выращивают преимущественно на силос и зеленый корм. Однако в последние годы созданы раннеспелые гибриды кукурузы, обеспечивающие ее гарантированное вызревание в более высоких широтах, что позволяет увеличить и в этих регионах производство зерна кукурузы.
Различные гибриды кукурузы могут достигать периода молочно–восковой спелости даже в температурных условиях, благоприятных для вызревания яровых зерновых культур. За счет селекции амплитуда потребности этой культуры в сумме температур значительно снизилась. Именно это обстоятельство и обеспечило «осеверение» кукурузы.
Лучшие районы возделывания кукурузы на зерно в условиях России находятся в наиболее обеспеченной теплом зоне — на территории Северного Кавказа.
Территории возможного возделывания кукурузы на силос и зеленый корм в условиях Российской Федерации значительно шире, поскольку необходимая для этого сумма эффективных температур меньше 800оС. Поэтому в эти зоны попадают северные районы степной, лесостепной и нечерноземной зон.
Кукуруза – однолетнее растение, относится к семейству мятликовых. Стебель состоит из отдельных междоузлий, разделенных стеблевыми узлами. Число узлов и число листьев – устойчивый признак, мало изменяющийся от условий и агротехники. Растения раннеспелых гибридов имеют 10–12, среднеранних – 12–14, среднеспелых – 14–16, среднепоздних – 16–18, позднеспелых – 18–20 листьев.
Корневая система мочковатая, сильно разветвленная. Основная масса корней сосредоточена на глубине 30–60 см. Кроме подземных корней, кукуруза образует воздушные поверхностные корни, которые развиваются из ближайших к поверхности почвы стеблевых узлов. Эти корни выполняют в основном опорные функции, но при благоприятных условиях способны укореняться и давать дополнительную мочковатую систему, что наблюдается при влажной почве и окучивании.
Кукуруза – однодомное, раздельнополое растение, то есть на одном растении находятся мужское соцветие – метелка и женское – початок. На початке, как правило, четное количество продольных рядов цветков, а следовательно, и зерен. При благоприятных условиях метелка зацветает через 5–7 дней после выхода ее из раструба верхнего листа. Это на 2–3 дня раньше початка. В засушливых условиях разрыв между цветением метелки и початка увеличивается до 6–7 дней и более, нарушается оплодотворение, появляется череззерница, что приводит к снижению урожайности. Зерновка представляет собой односемянный плод.
В сухой надземной массе растения кукурузы доля зерна составляет 40–45%, стебля, листьев, метелок, стержня и обертки початка – 55–60%. В общей массе початка без обертки на долю стержня приходится 15–18%.
Для разработки адаптивной технологии возделывания кукурузы и сортовой агротехники очень важно знать особенности формирования репродуктивных (метелка, початок) и вегетативных (листья, стебель, корень) органов растений.
1. Прорастание:
- температура прорастания +8o–10oС;
- наличие капиллярной воды;
- время прорастания + всходы: при оптимальных условиях около одной недели, при неоптимальных условиях до 3 недель. Требуется предварительно протравить семена от болезней и вредителей;
- формирование первичного зародышевого корешка и последующих 3–4 зародышевых корешков;
- появление первых придаточных корней.
2. Ювенильное развитие (2–5 листа):
- появление стеблевых узлов и листьев;
- образование побегов кущения (из–за светового избытка, избыточного количества питательных веществ, повреждения основного побега, например мухой шведской);
- закладка боковых побегов и будущих початков;
- конус нарастания находится под или над поверхностью почвы;
- особая восприимчивость к низким температурам, возможны нарушения закладок початков;
- низкая способность усвоения питательных веществ.
3. Вытягивание стебля (массовый рост), трубкование:
- растягивание междоузлий (начиная с нижней части);
- рост воздушных корней;
- фаза наибольшего употребления питательных веществ и воды;
- рост общей массы за счет накопления ассимилянтов в стебле;
- дифференцирование генеративных органов;
- достигается максимальный индекс листовой поверхности (около 20% стебель, около 3% обертки початка, около 77% листья);
- завершение фазы вытягивания стебля с появлением мужского и женского соцветия.
4. Цветение:
- появление мужского соцветия на несколько дней раньше женского соцветия;
- рост нитей рыльца около 10 дней;
- максимальное количество фертильных соцветий / початков;
- под действием высоких температур возможны стерилизация пыльцы и уничтожение женских половых клеток, либо нитей рыльца, с последующим формированием початков, обнаруживающих череззерницу.
5. Налив зерна:
- редукционная фаза: прекращение развития зерен из–за экологических воздействий, начиная с верхушки початка (адаптация генетического потенциала к местным условиям);
- наполнение зерен за счет:
- переноса углеводов из стебля около 50% в зерно,
- новой ассимиляции около 50%;
- прибавление сухой массы (СМ) зерна около 100–150 кг/га/день;
- молочная спелость начинается в середине початка, цвет початка бело–желтоватый (около 25% сухой массы в зерне);
- восковая спелость (около 45% сухого вещества) характеризуется желтовато–белым цветом.
6. Созревание:
- физиологическая спелость (около 50% сухого вещества): черный слой у основания зерен, завершение ассимиляции усвоения, продолжение отдачи влаги;
- уборочная спелость: зерна с внешней стороны и на стержнях початка твердые (60% сухого вещества).
Требование к влаге.
Кукуруза относится к сравнительно засухоустойчивым культурам, уступая только сорго, суданке и просу. Она экономно расходует влагу из почвы на образование органической массы, это можно судить по коэффициенту транспирации. Чтобы получить 1,0 кг сухой массы необходимо для:
проса | 277 л воды |
кукурузы | 349 л воды |
пшеницы яровой | 432 л воды |
сахарной свеклы | 443 л воды |
пшеницы озимой | 450 л воды |
ячменя ярового | 460 л воды |
овса | 468 л воды |
клевера лугового | 698 л воды |
Корневая система кукурузы обладает большой сосущей силой и поглощает воду в 3–6 раз быстрее, чем корневая система ячменя, овса или пшеницы. Но в течение вегетации растения кукурузы используют влагу неравномерно. Наибольшую потребность во влаге кукуруза испытывает в период за 10 дней до выбрасывания метелки и в последующие 20 дней. Этот период называют критическим. Недостаток влаги в почве в период максимального водопотребления, особенно в сочетании с воздушной засухой, приводит к увяданию растений, снижению активности фотосинтеза, преждевременному подсыханию листьев, нарушению оплодотворения и формирования зерна. При увядании растений в течение 1–2 дней во время цветения урожай снижается на 20%, 6–8 дней – на 50%. Недостаток влаги в фазе молочной спелости часто является причиной преждевременного прекращения налива зерна, формирования мелкого зерна в верхней части початка и, как правило, снижения урожайности.
Кукуруза дает хорошие результаты в годы, когда за июнь – август выпадает не менее 200 мм осадков, и при хороших запасах влаги в почве (не менее 100 мм) — с преобладанием осадков в период цветения культуры. Наивысшая потребность в воде у кукурузы в июле – августе, желательно 100 мм осадков в месяц. Высокоурожайные гибриды используют от 406 до 635 мм влаги.
Во время вегетации даже непродолжительная засуха может нанести серьезный ущерб урожаю, если она совпадает с критическим периодом развития растения (от цветения початка до наполнения зерна). При ограниченных запасах влаги в почве листья кукурузы становятся светло–зеленые, жесткие и узкие. В условиях хорошего водоснабжения они приобретают глянцевито–зеленую окраску, становятся широкими. Вместе с тем кукуруза плохо реагирует на переувлажнение почвы, резко снижая урожай зерна и зеленой массы. Из–за недостатка кислорода замедляется поступление в корни фосфора, нарушаются процессы фосфорилирования и белковый обмен.
Требование к теплу и свету.
Кукуруза – теплолюбивое растение. Ее потребность в тепле определяется нижним пределом температуры, при котором начинается рост, и суммарным количеством тепла, необходимого для завершения каждого этапа развития. По обобщенным данным, семена большинства гибридов кукурузы прорастают при температуре почвы +8–10оС. Всходы появляются при температуре не ниже +10–12оС. Прирост биологической массы прекращается при среднесуточной температуре ниже +10оС. Холодные ночи (ниже +14оС) и резкое колебание дневных и ночных температур сильно уменьшают энергию роста и растягивают период вегетации. Наиболее благоприятны для роста и развития растений в период всходы – выбрасывание метелки среднесуточные температуры +20–23оС.
Если они ниже +15оС, листья молодых всходов приобретают желтую окраску, корневая система развивается очень медленно, период вегетации удлиняется, растения легко поражаются болезнями. Оптимальной температурой для роста и развития во второй половине вегетации (от цветения до созревания) считается +22–23оС.
По данным ученых, снижение температуры в июне на 3–4оС от нормы может привести к значительному уменьшению урожайности, а аномально высокие температуры в августе более опасны, чем в июле.
При температуре выше +30оС и относительной влажности воздуха менее 30% нарушается процесс цветения и оплодотворения. Обезвоживается пыльца, подсыхают нити початков, в результате женские цветки полностью не оплодотворяются, что приводит к череззернице. Для гибридов различных групп спелости требуется определенное число дней с суммой эффективных температур.
Таблица 1. Классификация гибридов по ФАО и числу дней вегетационного периода (ВНИИ кукурузы)
Группа спелости | Группа спелости по ФАО | Вегетационный период всходы– полная спелость, дней | Сумма эффективных температур выше +10оС |
---|---|---|---|
Раннеспелые | 100–200 | 90–100 | 800–900 |
Среднеранние | 201–300 | 105–115 | 1100 |
Среднеспелые | 301–400 | 115–220 | 1170 |
Среднепоздние | 401–500 | 120–130 | 1210 |
Позднеспелые | 501–600 | 135–140 | 1250–1300 |
В зависимости от теплообеспеченности кукурузу в Российской Федерации возделывают на зерно полной спелости, початки с зерном восковой, молочно–восковой спелости и на силос.
Кукуруза чувствительна к заморозкам. Непродолжительные заморозки (2–3оС) повреждают всходы, но они могут в течение недели восстанавливаться. Повреждение и частичная гибель растений в фазе цветения наступают при температуре воздуха -1–2оС, а во время созревания 2–3оС. Температура минус 4оС в течение 1 ч убивает всходы, а заморозки -3оС вызывают потерю всхожести влажного зерна. Кукуруза легче переносит весенние заморозки, чем осенние. Если заморозками повреждается около 25% листовой поверхности, надземные части быстро восстанавливаются и в дальнейшем функционируют нормально. При повреждении свыше 50% листовой поверхности растения практически не восстанавливаются. Осенние заморозки снижают качество зерна кукурузы только в том случае, если зерно относительно незрелое, тогда как при влажности зерна менее 35% заморозки обычно не приносят ущерба урожаю.
Кукуруза – светолюбивая культура. Она требует менее продолжительного, чем другие зерновые, но интенсивного освещения и относится к культурам короткого дня. Для получения высоких урожаев кукурузы требуется продолжительность светового дня не менее 14 ч 30 мин. Кукуруза реагирует на удлинение светового дня усиленным ростом в зависимости от генотипа и географического местоположения. В высоких широтах, несмотря на низкую интенсивность радиации, рост урожайности кукурузы обеспечивается в основном за счет большей продолжительности светового дня и в меньшей степени из–за более низких ночных температур.
Требование к почве.
Кукуруза растет на различных типах почв, но наибольшие урожаи дает на глубоких суглинистых и супесчаных с хорошей водоудерживающей способностью и водопроницаемостью. Оптимальная реакция почвенного раствора близка к нейтральной. Почвы с повышенной кислотностью (рН ниже 5,5), склонные к заболачиванию, а также сильнозасоленные непригодны для возделывания культуры.
В процессе прорастания семена кукурузы нуждаются в хорошей аэрации, так как их крупные зародыши поглощают много кислорода. Нельзя допускать как излишнего уплотнения корнеобитаемого слоя, так и слишком рыхлого его состояния. Оптимальная для кукурузы плотность почвы должна находиться в пределах 1,1–1,3 г/см3.
Гибриды кукурузы разделяются по группам спелости на основе числа ФАО, однако в разных странах по–разному, в зависимости от климатических условий страны.
Таблица 2. Влияние климатических условий на разделение кукурузы по группам спелости на основе ФАО
Группа спелости | Число ФАО | ||
---|---|---|---|
Россия | Беларусь | Германия | |
Ранний сорт | <200 | >180 | 180–200 |
Среднеранний сорт | 200–300 | 180–200 | 230–250 |
Среднеспелый сорт | 300–399 | 240–260 | – |
Среднепоздний сорт | 400–499 | 260 | 260–290 |
Поздний сорт | 500 | – | 300–350 |