Тепловой Стресс У Растений: Методы Защиты

Причины Теплового Стресса У Растений

Тепловой стресс является реакцией сельскохозяйственных культур на чрезмерно высокую температуру и излишек солнечного света в течение долгого времени. Его влияние на растения зависит от скорости повышения температуры, а также от силы и продолжительности жары.

Для большинства культур оптимальной считается температура в пределах 20-30°C. Если днем или ночью тепловые показатели превышают или опускаются ниже нормы, состояние культур ухудшается. Последствия могут быть необратимыми, а потому требуют тщательного контроля.

Признаки Теплового Стресса Растений

Тепловой стресс у растений проявляется по-разному и может спровоцировать ряд болезней растений. Чтобы точно распознать проблему, ее симптомы необходимо рассматривать комплексно:

• Скручивание листьев. Так многие культуры (например томаты и кукуруза) компенсируют недостаток влаги. Площадь листьев уменьшается, а устьица (поры, отвечающие за газо- и водообмен) закрываются.
• Увядание листьев. Это реакция на дефицит давления воды внутри растения. Если днем листья вянут, а вечером или утром вновь оживают, существует большая вероятность теплового стресса.
• Сухие края листьев. Таким образом культуры сокращают необходимый для выживания объем влаги. При этом растения с крупными лопастными листьями вроде тыквы могут нормально функционировать даже в таких условиях.
• Озоновые ожоги. Данная проблема характерна для районов с загрязненным воздухом. В жару проникающий в устьица газ вызывает ожоги. Проявляется симптом по-разному: у томатов листья покрываются коричневыми точками, а у огурцов — становятся бледно-желтыми и сухими.
• Опадание цветов и/или плодов. При тепловом стрессе растения в первую очередь пытаются сохранить жизненно важные органы, жертвуя некоторыми другими. Например, огурцы сбрасывают завязи.
• Стрелкование. Это явление характерно для таких культур, как брокколи, шпинат, цветная капуста, кинза, а также при выращивании салата. Они воспринимают тепловой стресс как смертельную опасность и начинают цвести раньше срока, в результате чего урожай гибнет.
• Солнечный ожог. При сильной жаре некоторые фрукты, например яблоки, дыни и томаты, обгорают. Характерными признаками являются обесцвечивание, появление волдырей, водянистых пятен и впалых участков. В худшем случае плод полностью засыхает.
• Вершинная гниль. Жара и солнечная радиация ускоряют фотосинтез и водообмен, из-за чего растения распределяют влагу в пользу листьев. В результате плоды начинают гнить: снизу на них появляются темные водянистые пятна, что негативно сказывается на выращивании помидоров.

Последствия Теплового Стресса У Растений

Тепловой стресс вызывает обезвоживание и замедляет фотосинтез вследствие уменьшения количества влаги в листьях. Это приводит к увяданию и гибели растения. Проблема может произойти в любом регионе и затрагивает все культуры: от зерновых и бобовых до корнеплодов.

При умеренном или временном тепловом стрессе растения могут скорректировать газо- и водообмен для достижения необходимого баланса влаги. Например, они изменяют уровень концентрации растворимых белков и сахаров, чтобы контролировать осмотическое давление в клетках.

В качестве наиболее важных биохимических и физиологических изменений в растениях вследствие теплового стресса можно отметить следующие:

• Из-за жары устьица листьев закрываются. Это не позволяет культурам получать достаточное для фотосинтеза количество углекислого газа. Как следствие, замедляется рост растений и падает урожайность.
• Высокая температура повреждает белки и снижает активность энзимов, из-за чего нарушаются многие метаболические процессы.
• Жара повышает уровень токсичных реактивных форм кислорода, что вызывает окислительный стресс у растений и негативно сказывается на их развитии.
• Ускоренная транспирация снижает содержание влаги в культурах и провоцирует водный стресс.

Методы Борьбы С Тепловым Стрессом У Растений

Повлиять на погоду невозможно, тем не менее существуют эффективные меры защиты культур от теплового стресса, основанные на современных методах ведения хозяйства. С их помощью фермеры могут оценивать потенциальный ущерб, чтобы сократить потери и помочь растениям адаптироваться к высоким температурам.

Методы Предотвращения Теплового Стресса У Растений

При краткосрочном тепловом воздействии состояние культур быстро стабилизируется. Описанные ниже методы позволяют уменьшить влияние жары на растения и помочь им восстановиться, когда она спадет.

Временное Затенение

Специальные навесы оберегают культуры от воздействия прямых солнечных лучей в периоды аномально высоких температур. В то же время при сокращении светового дня и похолодании данный метод следует использовать аккуратнее.

Достаточный Полив

Стабильно влажная почва помогает смягчить воздействие теплового стресса на растения. Проводить ирригационные работы рекомендуется рано утром или вечером, чтобы обеспечить водой все культуры. Днем влага испаряется быстрее и не успевает достичь корней. Минимизировать потери позволяет капельный полив.

Отказ От Удобрений

В период сильной жары удобрения могут нанести вред молодым побегам, которые особенно уязвимы к резкому повышению температуры. Из-за притока питательных веществ они начинают активно расти и подвергаются большей опасности.

Мульчирование

Жара провоцирует повышение температуры почвы, что усиливает влияние теплового стресса на растения. Решить эту проблему можно с помощью мульчи — толстого (10-15 см) слоя соломы, сена, листьев, хвои или скошенной травы. Благодаря этому снижается воздействие жары на корни растений.

Сокращение Химической Обработки

Вследствие продолжительной жары (выше 27°C) многие химикаты против болезней и насекомых становятся малоэффективными и даже опасными. Например, это касается средств на основе мыла и масла для обработки деревьев и суккулентов.

Уничтожение Сорняков

Большинство сорняков переносят тепловой стресс лучше, чем сельскохозяйственные культуры. Чтобы защитить растения от конкуренции за влагу и питательные вещества, необходимо избавиться от как можно большего количества сорняков. Это повысит шансы культур выжить в экстремальных условиях.

Использование Жаростойких Культур

Изменение климата и глобальное потепление требуют выведения выведения жаростойких сортов растений, например пшеницы. Для этого используются традиционные, молекулярные и трансгенные методы селекции ^{Tuteja, N., Gill, S. S., Tiburcio, A. F., Tuteja, R. (Eds.). (2012, 14 March). Wheat: Mechanisms and Genetic Means for Improving Heat Tolerance. Improving Crop Resistance to Abiotic Stress, 657-694. Wiley‐VCH. https://doi.org/10.1002/9783527632930.ch29.}. С их помощью фермеры могут смягчить последствия теплового стресса у растений.

Оптимизация Методов Ведения Сельского Хозяйства

Устойчивые методы ведения сельского хозяйства позволяют защитить культуры на ключевых стадиях роста. Своевременная посадка, соблюдение необходимого расстояния между побегами, регулярное прореживание и обрезка значительно снижают риск теплового стресса.

Как Помочь Растениям Адаптироваться К Тепловому Стрессу?

Культуры могут сохранять информацию о пережитом тепловом стрессе и использовать ее для минимизации потенциального ущерба в будущем. Например, у них появляются специальные волоски (трихомы), которые отбрасывают тень и тем самым защищают побег от солнечных лучей.

Обычно акклиматизация проявляется в уменьшении размеров листьев, изменении их формы или цвета. Так, за счет небольшой поверхности они удерживают больше влаги, но при этом остаются холодными, а серый цвет позволяет им отражать меньше света, чем темно-зеленый.

При сильном тепловом стрессе растения сбрасывают листья, а также иногда бутоны и плоды, чтобы сохранять влагу. Также замедляется метаболизм и изменяется уровень содержания солей, белков и фитогормонов в клетках.

Так как в процессе адаптации к тепловому стрессу структура, форма и химический состав растений изменяются, для их изучения требуется фенологический анализ. Это позволяет наиболее точно определить особенности теплоустойчивости культур на молекулярном уровне ^{Wahid, A., Shabbir, A. (2005, June). Induction of Heat Stress Tolerance in Barley Seedlings by Pre-Sowing Seed Treatment with Glycinebetaine. Plant Growth Regulation, 46, 133–141. https://doi.org/10.1007/s10725-005-8379-5.}. Данный подход особенно актуален в условиях глобального потепления. Он помогает определить, какие теплоустойчивые культуры подходят для выращивания в конкретных климатических зонах.

Может Ли Растение Восстановиться После Теплового Стресса?

Культуры могут оправиться только от временного теплового стресса. Более того, описанные выше методы помогают им адаптироваться к периодическим повышениям температуры. Однако при длительном тепловом стрессе растения обычно гибнут.

Сколько Времени Занимает Восстановление?

В зависимости от степени повреждений период восстановления занимает от нескольких дней до нескольких месяцев. Если культура пострадала слишком сильно, вернуть ее к жизни практически невозможно.

Как Помочь Растениям Восстановиться?

При надлежащем уходе здоровые растения устойчивы к тепловому стрессу, а потому быстро возвращаются в норму. Чтобы уменьшить ущерб и ускорить восстановление, вы можете:

• установить временный навес от солнца из светлой ткани;
• использовать капельное орошение утром или вечером;
• смешать верхний слой земли (5-8 см) с мульчей, чтобы снизить температуру почвы и сохранить влагу;
• не пересаживать культуры;
• не вносить удобрения до окончания жаркого периода;
• обрезать отмершие части растений (не удаляйте здоровые или частично поврежденные листья или стебли, поскольку они отбрасывают тень и защищают побеги от попадания прямых солнечных лучей).

Холодовой Стресс У Растений — Влияние Температурных Минимумов

В отличие от теплового холодовой стресс возникает, когда температура окружающей среды опускается ниже оптимального уровня. Это приводит к замедлению роста или даже гибели растений. В качестве защиты культуры вырабатывают устойчивые к холоду гены и криопротекторы, в том числе белки, сахар и аминокислоты, которые минимизируют высыхание и сохраняют клеточные мембраны.

Устойчивость к холоду зависит от вида растений, а также скорости и интенсивности падения температуры. Если она снижается постепенно, культуры обычно успевают адаптироваться. Если же перепад происходит резко, особенно осенью и в начале зимы, они могут сильно пострадать ^{Wilson, J. (2022). Protecting Plants from Cold Temperatures. Mississippi State University Extension Service.}.

Используя правильные методы селекции и ухода, фермеры могут защитить растения от холода, например с помощью активного полива до наступления первых заморозков. Влажная почва хорошо сохраняет тепло, благодаря чему снижается влияние стресса на растения. Чтобы влага задерживалась в земле еще дольше, можно использовать мульчу. Для эффективной защиты культур от абиотических факторов фермерам необходим своевременный доступ к метеорологическим данным. Более того, они должны уметь оценивать ущерб от холодового стресса у растений, а также анализировать стадии роста посевов и изменения микроклимата на полях.

Возможности EOSDA Для Выявления И Устранения Холодового И Теплового Стресса У Растений

Чтобы своевременно выявлять признаки температурного стресса у растений, необходимо следить за погодой и состоянием почвы, в первую очередь уровнем ее влажности. Это позволяет определить зоны риска и принять соответствующие профилактические меры.

Анализ Погоды В EOSDA Crop Monitoring

В EOSDA Crop Monitoring данные о погоде делятся на три вида: исторические, текущие и прогнозируемые. По каждому полю предоставляется индивидуальная статистика. Эта информация точнее и детальнее той, что находится в открытых источниках, поскольку для ее сбора используются спутники, наземные метеорологические станции, а также комплексные модели и алгоритмы прогнозирования погоды.

Чтобы снизить влияние теплового стресса на растения, вы можете:

• ежедневно следить за текущей температурой и другими метеорологическими элементами (осадками, ветром, влажностью, облачностью и т.д.);
• изучать исторические данные о погоде (начиная с 1979 года), чтобы выявить потенциально опасные периоды;
• анализировать точный 14-дневный прогноз, чтобы спланировать мероприятия по защите растений от теплового или холодового стресса.

Оповещения О Тепловом И Холодовом Стрессе У Растений

Функция оповещения о погодных рисках позволяет своевременно выявлять угрозу холодового или теплового стресса у растений с помощью сообщений о приближающихся перепадах температуры в регионе. Вам достаточно настроить пороговые значения, которые будут сигнализировать о том, что показатели приближаются к экстремальным. В случае опасности вы получите электронное письмо с предупреждением.

Помимо перепадов температуры EOSDA Crop Monitoring сообщает об изменении значений вегетационного индекса NDVI. Благодаря анализу зависимости плотности растительности от погодных условий вы можете в кратчайшие сроки выявить отклонения, определить их причины (нехватка воды, вредители, болезни и т.д.) и спланировать профилактические мероприятия.

Выявление Теплового И Холодового Стресса На Основе Исторических Данных О Погоде

Платформа EOSDA Crop Monitoring предоставляет исторические данные о погоде, что позволяет определить потенциально опасные периоды и защитить растения от перепадов температуры. Более того, вы можете оформить вариант подписки, по которому получите доступ непосредственно к историческим данным о тепловом и холодовом стрессе у растений. Эту информацию можно использовать для планирования полива и профилактических мероприятий в следующем сезоне.

Управление Полями С Помощью EOSDA Crop Monitoring

Изучив данные об изменениях температуры за последние годы, вы можете рассчитать оптимальные сроки посева. В качестве календаря для управления каждым полем используйте журнал работ. В нем вы можете планировать график работ (от посадки семян до обработки почвы), назначать задачи конкретным исполнителям, а также оставлять для них комментарии. Таким образом, вы оптимизируете управление сельским хозяйством в любых климатических условиях.

Инструменты EOSDA Crop Monitoring подходят для разных участников агросектора:

• используя исторические данные, сельскохозяйственные консультанты могут регулировать сроки посева культур;
• страховые компании и банки — учитывать холодовой и тепловой стресс у растений при расчете денежных компенсаций;
• неправительственные организации — разрабатывать стратегии управления полями, особенно в слаборазвитых районах.

Почему Так Важно Контролировать Холодовой И Тепловой Стресс У Растений?

Угроза здоровью растений возникает на каждой стадии роста. Холодовой и тепловой стресс может не просто замедлить развитие культур, но и полностью их уничтожить. Своевременное выявление проблемы позволяет минимизировать воздействие неблагоприятных погодных условий и сохранить урожай.