Стадии Роста Растений И Их Роль В Сельском Хозяйстве

Стадии Роста Растений: Классификация

Для разных этапов развития растений характерны особые явления, которые изучаются в рамках отдельной науки — фенологии. Из-за разнообразия подходов и широкого спектра их применения единой классификации стадий роста сельскохозяйственных культур не существует. В настоящий момент большинство ученых, которые исследуют фенологические фазы в контексте промышленного сельского хозяйства, рекомендуют использовать в умном земледелии систему BBCH ^{Meier, U., Bleiholder, H., Buhr, L., Feller, C., Hack, H., Heß, M., Lancashire, P., Schnock, U., Stauß, R., Boom, T., Weber, E. & Zwerger, P. (2009). The BBCH system to coding the phenological growth stages of plants-history and publications. Journal für Kulturpflanzen, 61, 41-52. http://dx.doi.org/10.5073/JfK.2009.02.01.}.

Поскольку у разных культур продолжительность фаз роста и сопутствующие фенологические явления отличаются, для каждой из них разрабатывается индивидуальная комплексная шкала. В то же время, стандартная шкала BBCH подходит для любых культур, для которых не существует отдельной классификации. Также на ее основе можно разрабатывать индивидуальные шкалы для конкретного вида растений. Рассмотрим подробнее десять основных стадий роста растений по шкале BBCH.

Стадия 0: Прорастание

Несмотря на различия в биологических процессах, прорастание семян, появление всходов и развитие почек объединяют в одну фазу роста. В зависимости от типа культуры ее продолжительность варьируется от нескольких дней до нескольких недель. В этот период семена растений прорастают и выпускают так называемые «эмбриональные листья» (семядоли), которые не похожи на зрелые листья.

На данном этапе культурам требуется правильный температурный режим и достаточное количество кислорода. Прорастание и бутонизация истощают питательные резервы растений, что без дополнительной подкормки может привести к дефициту питательных веществ. Также перед началом фазы растениям часто требуется покой.

В этот период культуры особо нуждаются в воде, поскольку благодаря ей активизируется обмен веществ. В некоторых ситуациях полив необходим для удаления ингибиторов прорастания семян (например при выращивании пустынных однолетних растений) ^{Kimball, J. W. (2021) Biology. Tufts University & Harvard University.}.

Стадия 1: Развитие Листьев

Процесс фотосинтеза, который происходит в листьях, является ключевым для развития культуры. Поэтому первая стадия роста растений крайне важна. Все питательные вещества, которые они получают в данный период, расходуются на следующих этапах. Для достижения наилучших результатов необходимо использовать удобрения.

Во время этой фазы растение выпускает так называемые «настоящие» листья — маленькие копии зрелых листьев. Обычно они формируются одинаково, однако процесс может меняться в зависимости от потребностей культуры и условий окружающей среды. Начиная с апикальных (верхушечных) меристем побега, листья становятся плоскими, хотя форма и размеры могут отличаться ^{Bar, M., Ori, N. (2014, November 15). Leaf development and morphogenesis. Development, 141(22). https://doi.org/10.1242/dev.106195.}. Важную роль в этом процессе играют гормоны, регуляторы транскрипции и механические свойства тканей растения.

Стадия 2: Кущение Или Формирование Боковых Побегов

Кущение — это стадия роста растения, во время которой формируются новые побеги. Растут они вертикально, поэтому рядом с главным побегом постоянно появляются боковые. Ростки, развивающиеся из «материнского растения», иногда называют черенками и отводками.

Кущение может означать и последующее развитие боковых побегов. У каждого из них есть центральная точка роста. Со временем она превращается в суставчатый стебель, который состоит из узлов и междоузлий, похожих на бамбуковый шест.

Стадия 3: Трубкование Или Удлинение Стебля

Некоторые части растения, такие как стебли и корни, продолжают расти на протяжении всего его жизненного цикла. Данный процесс называют неопределенным ростом. Новые клетки образуются на верхушках растущих побегов. Причем стебли развиваются гораздо активнее, чем корневая система. Продолжительность и интенсивность этих изменений зависит от вида культуры, для каждой из которых, как правило, существуют определенные нормы. На третью стадию роста растений сильно влияет глобальное потепление, так как удлинение стебля напрямую зависит от температуры.

Стадия 4: Формирование Соцветий Или Черенкование

Вегетативная фаза жизненного цикла культур характеризуется появлением крепких стеблей и большого количества зеленых листьев. Эти процессы крайне важны, так как они влияют на фотосинтез. Также нельзя забывать о том, что развитие листьев зависит от роста корней.

На этой стадии роста растений особенно полезны азотные удобрения, так как они способствуют активному росту стеблей и листьев. Кроме того, в этот период фермеры уже могут применять стратегии управления пастбищами, например выпас скота, так как у культур уже достаточно листьев для фотосинтеза, а также корней для закрепления, хранения и потребления минералов.

Стадия 5: Появление Соцветий Или Завязь

Появление соцветий — это процесс, в ходе которого цветоносные побеги скапливаются вдоль цветочной оси. Завязь характеризуется выходом семенной головки из оболочки, образованной флаговым листом. Таким образом, оба процесса относятся к началу репродуктивной фазы, во время которой активно развиваются цветы, а затем плоды. На данной стадии роста растений особенно важны удобрения, снабжающие их фосфором.

Стадия 6: Цветение

Во время шестой фазы роста у растений развиваются репродуктивные органы. Причем у однолетних культур данный этап совпадает с отмиранием. У двухлетних растений первый год относится к вегетативной фазе, а второй — к цветению и отмиранию. Большинство многолетних культур цветут каждый год, если позволяют условия. На этой стадии роста растений крайне полезен калий. Он улучшает цветение и плодоношение, а также общее состояние культур. Также на этой стадии роста растений критически важно соблюдать правильный режим орошения.

Начало цветения зависит от температуры, фотопериода и наличия гиббереллина. При этом, без периода зимних холодов время цветения многих однолетних (например озимой пшеницы) и двулетних культур задерживается вследствие яровизации, то есть адаптации растений к длительным холодам.

Стадия 7: Образование Плодов

Фазе образования плодов в растениеводстве и садоводстве уделяется много внимания. У большинства цветковых растений плод формируется после оплодотворения внутри завязи. По сути это защитная среда для семян. Образование мясистого плода делится на четыре фазы ^{Ezura, H., Hiwasa-Tanase, K. (2010). Fruit Development. In: Pua, E., Davey, M. (eds) Plant Developmental Biology - Biotechnological Perspectives. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-02301-9_15.}:

• развитие цветка (определяется идентичность, количество и форма органов растений);
• деление клетки (наступает после оплодотворения);
• разрастание и эндоредупликация клетки (продолжается до фазы созревания);
• созревание (формируются внешний вид, вкус, текстура и питательные компоненты плода).

На данной стадии роста растения нуждаются не столько в азоте, сколько в фосфоре и калии. Эти элементы стимулируют созревание и повышают урожайность.

Стадия 8: Созревание Плодов

Сигналом к созреванию для плода служит активная выработка этилена. Ее стимулирует сбор урожая, а также инфицирование культуры бактериями или грибками.

Таким образом, на этой стадии роста растений начинают вырабатываться новые ферменты. Амилаза и пектиназа способствуют усвоению крахмала и пектина соответственно, а гидролаза помогает расщеплять соединения внутри плодов. Гены, отвечающие за выделение этих ферментов, активизируются как раз под действием этилена. Данные ферменты катализируют реакции, в результате которых изменяются цвет, текстура, вкус, запах и другие свойства плодов.

Стадия 9: Отмирание Или Сенесценция

К признакам старения относятся дегенеративные изменения в клетках, которые обычно связаны с увеличением количества отходов и нарушением метаболизма. На данную стадию роста растений влияет целый ряд факторов окружающей среды, например фотопериод и температура. В то же время старение однолетних растений можно замедлить с помощью некоторых гормональных препаратов.

Сброс листьев сигнализирует о наступлении зимнего покоя у многолетних культур. Ближе к концу вегетационного периода с сокращением светового дня и наступлением холодов листья многих деревьев начинают стареть, зеленый хлорофилл исчезает, а желтые и оранжевые каротиноидные пигменты, наоборот, становятся более заметными. Продолжительность дня влияет на гормональный обмен, что в свою очередь приводит к старению листьев.

Может сложиться впечатление, что классификация стадий роста растений по шкале BBCH является излишней для тех фермеров, кто и так загружен другими аспектами ведения сельского хозяйства. Однако данная классификация наглядно демонстрирует то, что успех управленческих решений напрямую зависит от стадии роста растений, на которой они применяются.

Мониторинг Стадий Роста Растений С Помощью EOSDA Crop Monitoring

Как правило, фермеры четко понимают, какие мероприятия требуются на конкретном этапе роста культуры. Однако в случае с большими сельскохозяйственными площадями самостоятельно определить фазу бывает практически невозможно.

Функция «Стадии развития» EOSDA Crop Monitoring помогает решить эту проблему. В частности она позволяет:

• понять, на какой стадии роста находятся растения;
• проверить, развиваются ли культуры в соответствии с графиком;
• спланировать сельскохозяйственные работы.

Сейчас в EOSDA Crop Monitoring есть шкалы фаз роста более 30 различных культур, в том числе кукурузы (маиса), овса, картофеля, сои, подсолнечника и пшеницы. Напишите нам по адресу sales@eosda.com, чтобы узнать полный список доступных растений.

Планируйте Сельскохозяйственные Мероприятия

У каждой культуры свои уникальные потребности на разных стадиях роста, в соответствии с которыми фермеры должны корректировать внесение удобрений, полив и другие мероприятия. В противном случае рост культур замедляется, что в EOSDA Crop Monitoring отображают соответствующие графики вегетационных индексов.

Оптимизируйте Полив И Опрыскивание

С помощью EOSDA Crop Monitoring вы можете получать данные на основе шкалы BBCH о стадиях роста конкретной культуры. Это позволяет максимально эффективно планировать внесение удобрений, ирригацию и обработку растений гербицидами. Основываясь на актуальных и прогнозируемых погодных данных, алгоритмы платформы предоставляют точную информацию о различных стадиях роста растений и их продолжительности.

Более того, вы можете использовать данные 14-дневного прогноза погоды, чтобы оптимизировать расходы и скорректировать сельскохозяйственные работы на разных стадиях роста растений.

Например, вы запланировали обработать гербицидами кукурузное поле на третий день после посадки. Однако согласно прогнозу погоды EOSDA Crop Monitoring в это время ожидаются осадки, которые смоют химикаты. Таким образом, лучше перенести обработку на следующий день.

Изучайте Характеристики Сельскохозяйственных Культур

Сочетая шкалу стадий роста растений, основанную на метеорологических данных, с вегетационными индексами, полученными на основе спутниковых снимков, вы можете получить полное представление о развитии сельскохозяйственной культуры. Предположим, ее состояние не соответствует фазе роста. В этом случае вы можете проверить растение на наличие болезней и вредителей, внести удобрения и использовать другие методы защиты. С другой стороны, если урожай созревает слишком быстро, вы можете собрать его раньше срока.

Мониторинг основных этапов развития растений позволяет фермерам оптимизировать использование ресурсов и повысить урожайность. Универсальная шкала BBCH используется и в смежных с сельским хозяйством отраслях, что позволяет фермерам эффективнее взаимодействовать с их представителями. Более того, классификация по системе BBCH используется во всем мире, что способствует распространению полезных идей и технологий.