Тепловий Стрес У Рослин Та Методи Захисту Посівів

Тепловий Стрес У Рослин Як Поняття Та Його Причини

Якщо говорити коротко, то тепловий стрес є реакцією сільськогосподарських культур на надмірно високу температуру та надлишок сонячного світла протягом тривалого часу. Збитки фермерських господарств внаслідок теплового стресу у рослин залежать від швидкості зростання температури, а також від того, наскільки спекотними є погодні умови та скільки цей несприятливий період триває. Після теплового стресу посіви втрачають здатність до нормального розвитку та росту.

Для більшості сільськогосподарських культур оптимальною вважається температура 20-30°C. Якщо вдень чи вночі показники температури ґрунту або повітря виходять за межі максимально чи мінімально допустимих, стан посівів погіршується. Наслідки можуть бути незворотними, а тому потребують ретельного контролю.

Ознаки Теплового Стресу У Рослин

Тепловий стрес проявляється по-різному та не тільки має схожі симптоми з хворобами рослин, а й може їх спровокувати. Щоб точно розпізнати проблему, її симптоматику слід розглядати комплексно:

• Скручування листя. Таким чином багато рослин (наприклад, помідори та кукурудза) компенсують нестачу вологи. Площа листя зменшується, а продихи (пори, що відповідають за газо- та водообмін) закриваються.
• В’янення листя. Точка в’янення виникає, коли кількість доступної вологи менша за потрібну, що призводить до дефіциту тиску води всередині рослини. Відсутність своєчасних заходів щодо усунення причин зів’янення внаслідок теплового стресу рослин може призвести до незворотних наслідків. Якщо вдень листя в’яне, а ввечері чи вранці знову оживає, то скоріш за все, температура зависока.
• Сухі краї листя. У такий спосіб рослини скорочують необхідний для виживання обсяг вологи. При цьому види сільськогосподарських культур з великим лопатевим листям (наприклад, гарбузи чи кабачки) можуть нормально розвиватися навіть в умовах посухи та спеки.
• Озонові опіки. Ця проблема характерна для спекотних регіонів із забрудненим повітрям. Проникаючи через продихи листя у спеку, озон спричиняє опіки рослин. Прояви цього явища можуть бути різними: у помідорів листя між жилками вкривається коричневими цятками, а в огірків, гарбузів та кабачків набуває блідо-жовтого кольору та сохне.
• Опадання квіток та/або плодів. У стані теплового стресу рослини насамперед намагаються зберегти життєво важливі органи, жертвуючи деякими іншими, і тому багато рослин або не квітнуть зовсім, або їх квітки та зав’язь опадають. Зокрема, це явище характерне для кабачків, огірків та перцю.
• Стрілкування. Внаслідок теплового стресу цвітіння деяких холодостійких рослин відбувається раніше, що призводить до втрати врожаю. Такі наслідки характерні для вирощування салату, а також броколі, шпинату, цвітної капусти, кінзи та інші.
• Сонячний опік. За умов сильної спеки плоди деяких фруктових рослин, наприклад яблука, дині та помідори, зазнають опіків від прямого сонячного проміння. Характерними ознаками цього процесу є знебарвлення, поява пухирців, водянистих плям і впалих ділянок. У найгіршому випадку плід повністю засихає.
• Вершинна гниль. Спека та сонячна радіація пошкоджують листя та прискорюють процеси фотосинтезу і транспірації, через що рослини (особливо, помідори) перерозподіляють вологу та кальцій з плодів на листя. У результаті плоди починають гнити: знизу на них утворюються темні водянисті плями.

Наслідки Теплового Стресу У Рослин

Тепловий стрес призводить до зневоднення рослин і уповільнює їхній розвиток. Зниження продуктивності фотосинтезу є прямим наслідком впливу теплового стресу на відносний вміст води в листі (relative water content) та водний потенціал рослини. Таким чином, тепловий стрес у рослин є причиною їхнього в’янення. Втім, у разі тимчасового чи помірного теплового стресу сільськогосподарські культури спроможні регулювати інтенсивність респірації та транспірації для забезпечення температурного балансу у своїх клітинах.

У результаті теплового стресу концентрація розчинних протеїнів та вуглеводів коригується, і таким чином рослини регулюють осмотичний тиск усередині клітин. І останнє, але не менш важливе: втрати врожаю через тепловий стрес у рослин спостерігаються у багатьох регіонах світу, а постраждати від нього можуть будь-які сільськогосподарські культури – від зернових та бобових до коренеплодів.

До найбільш критичних біохімічних та фізіологічних змін через тепловий стрес у рослин відносяться:

• закриття продихів у листі як реакція на високу температуру заважає посівам отримати достатню кількість вуглекислого газу (CO2) для протікання процесу фотосинтезу і може призвести до затримки їхнього росту та зниження врожайності;
• руйнування протеїнів за умов високих температур і, як наслідок, зниження ефективності функціонування ферментів впливає на більшість метаболічних процесів;
• окислювальний стрес внаслідок сильної спеки завдає шкоди клітинам рослин і погіршує їхнє зростання через вивільнення активних форм кисню (АФК);
• прискорення транспірації через високі температури зменшує кількість доступної для сільськогосподарських культур вологи та призводить до водного стресу.

Методи Боротьби З Тепловим Стресом У Рослин

Сільгоспвиробники не можуть вплинути на погодні умови, але з усім цим, вони можуть захистити свої посіви від впливу зависоких температур та знизити втрати шляхом ретельної оцінки збитків на полях, а також застосування відповідних методів господарювання. Деякі з цих методів спрямовані на захист рослин від теплового стресу, а інші допомагають посівам адаптуватися до спеки.

Запобігання Тепловому Стресу У Рослин

Стан сільськогосподарських культур швидко стабілізується, якщо тепловий вплив є короткостроковим. Наведені нижче методи допомагають зменшити наслідки високих температур на рослини й допомогти їм відновитися, коли спаде спека.

Тимчасове Затінення

Спеціальні навіси оберігають рослини від впливу прямих сонячних променів у періоди аномально високих температур. Водночас за умов скорочення світлового дня та похолодань надлишкового затінення слід уникати.

Достатнє Зрошення

Стабільно вологий ґрунт допомагає пом’якшити вплив теплового стресу на рослини. Проводити іригаційні роботи рекомендується рано-вранці або ввечері, щоб забезпечити посіви необхідною кількістю вологи. У полуденну спеку вода випаровується швидше й не встигає досягти коріння. Мінімізувати втрати поливної води можна за допомогою крапельного зрошення або використання шлангів із гідрозасувом.

Коригування Графіку Внесення Добрив

У період сильної спеки добрива можуть завдати шкоди молодим рослинам, які особливо вразливі до різкого підвищення температури. Через приплив поживних речовин сходи починають активно рости й можуть значно постраждати, коли температура зависока.

Мульчування

Спека провокує підвищення температури ґрунту, що посилює наслідки теплового стресу у рослин. Розв’язати цю проблему можна за допомогою мульчі – товстого (10-15 см) шару соломи, сіна, листя, хвої або скошеної трави. Використання мульчі допомагає захистити коріння сільськогосподарських культур від спеки.

Скорочення Хімічної Обробки

Внаслідок тривалої спеки (понад 27°C) більшість хімікатів проти хвороб і комах стають малоефективними й подеколи небезпечними. Не рекомендовано проводити навіть легку обробку хвойних дерев та сукулентів засобами на основі мила та олії.

Боротьба З Бур’янами

Більшість бур’янів переносять тепловий стрес краще, ніж сільськогосподарські культури. Аби захистити рослини від конкуренції за вологу та поживні речовини, необхідно позбутися якомога більшої кількості бур’янів. У цьому випадку посіви матимуть більше шансів вижити за екстремальних умов.

Вирощування Термостійких Сільськогосподарських Культур

Зміна клімату та глобальне потепління потребують виведення та вирощування термостійких сортів рослин, наприклад пшениці. Для цього використовуються традиційні, молекулярні та трансгенні методи селекції ^{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.}. З їхньою допомогою фермери можуть пом’якшити наслідки теплового стресу у рослин.

Застосування Ефективних Сільськогосподарських Практик

Стійкі методи ведення сільського господарства дають змогу захистити сільськогосподарські культури на ключових етапах розвитку. Своєчасний посів, дотримання необхідної відстані між рослинами, регулярне проріджування та обрізання значно знижують ризик теплового стресу.

Підвищення Стійкості Рослин До Теплового Стресу

Сільськогосподарські культури можуть зберігати інформацію про пережитий тепловий стрес (термопраймінг) і використовувати її для мінімізації потенційних збитків у майбутньому (термотолерантність). Рослини можуть змінювати форму та напрямок росту свого листя та інших органів, щоб легше переносити високі температури. Наприклад, на рослинах з’являються спеціальні волоски (трихоми), які відкидають тінь і тим самим захищають їх від сонячних променів.

Зазвичай акліматизація проявляється у зменшенні розмірів листя, зміні їхньої форми чи кольору. Так, на невеликій поверхні сільськогосподарські культури можуть утримувати більше вологи, але при цьому залишаються холодними, а сірий колір листя відбиває менше світла, ніж темно-зелений.

Внаслідок сильного теплового стресу у рослин опадає листя, а іноді бутони та плоди. У такий спосіб посіви краще зберігають вологу. У результаті цієї захисної реакції також уповільнюється метаболізм та змінюється рівень вмісту солей, білків та фітогормонів у клітинах рослин.

Оскільки у процесі адаптації до теплового стресу структура, форма та хімічний склад рослин змінюються, для їх вивчення потрібен фенологічний аналіз. Дослідження цих змін допомагає найточніше визначити особливості теплостійкості (термотолерантності) сільськогосподарських культур на молекулярному рівні ^{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.}. Цей підхід особливо актуальний в умовах глобального потепління та допомагає визначити, які саме теплостійкі сільськогосподарські культури підходять для вирощування в конкретних кліматичних зонах.

Відновлення Рослин Після Теплового Стресу

Посіви можуть пережити лише тимчасовий тепловий стрес. Навіть більше, описані вище методи допомагають адаптуватися лише до періодичних, а не постійних підвищень температури. Після тривалого теплового стресу рослини зазвичай гинуть.

Скільки Часу Займає Відновлення?

Період відновлення може тривати від кількох днів до декількох місяців. Вірогідність відновлення сільськогосподарських культур прямо пропорційна ступеню пошкоджень. Якщо посіви постраждали від спеки занадто сильно, повернути їх до життя практично неможливо.

Як Допомогти Рослинам Відновитися?

За умов належного догляду здорові рослини здатні стійко перенести тепловий стрес, тому швидко повертаються в норму. Зменшити збитки та прискорити відновлення допоможуть такі заходи:

• встановити тимчасовий навіс від сонця зі світлої тканини для затінення;
• використовувати краплинне зрошення вранці чи ввечері;
• змішати верхній шар землі (5-8 см) з мульчею, щоб знизити температуру ґрунту та зберегти вологу;
• не пересаджувати сільськогосподарські культури;
• не вносити добрива до закінчення спекотного періоду;
• обрізати відмерлі частини рослин (не видаляти здорове або частково пошкоджені листя та стебла, оскільки вони відкидають тінь і захищають посіви від потрапляння прямих сонячних променів та сприяють фотосинтезу).

Холодовий Стрес У Рослин – Вплив Температурних Мінімумів

На відміну від теплового, холодовий стрес виникає, коли температура навколишнього середовища опускається нижче оптимального рівня. Це призводить до уповільнення росту чи навіть загибелі рослин. Для свого захисту сільськогосподарські культури виробляють стійкі до холоду гени (cold-regulated genes) та кріопротектори, у тому числі протеїни, вуглеводи та амінокислоти, які мінімізують висихання та зберігають клітинні мембрани.

Стійкість до холодового стресу у рослин залежить від їхнього виду, а також швидкості та інтенсивності падіння температури. Якщо температура знижується поступово, зазвичай посіви встигають адаптуватися. Якщо ж перепад відбувається різко, особливо восени та на початку зими, рослини можуть значно постраждати ^{Wilson, J. (2022). Protecting Plants from Cold Temperatures. Mississippi State University Extension Service.}.

Правильні методи селекції та догляду допомагають захистити рослини від холоду, наприклад, шляхом активного поливу до настання перших заморозків. Вологий ґрунт добре зберігає тепло, завдяки чому знижується вплив стресу на рослини. Аби волога затримувалась на полі ще довше, можна використовувати мульчу.

Для ефективного захисту сільськогосподарських культур від абіотичних факторів сільгоспвиробникам необхідний своєчасний доступ до метеорологічних даних. Щобільше, аграріям треба вміти оцінювати збитки від холодового стресу, а також аналізувати етапи розвитку посівів та зміни мікроклімату на полях.

Можливості EOSDA Для Виявлення Та Усунення Холодового Та Теплового Стресу У Рослин

Представники будь-якої галузі агросектору зацікавлені в тому, щоб відстежувати погодні умови на кожному полі та своєчасно помітити ознаки стресу посівів від тепла чи холоду. Також необхідно слідкувати за вологістю ґрунту та його загальним станом. Захистити посіви допоможе своєчасне виявлення ділянок підвищеного ризику та застосування профілактичних та корективних заходів.

Аналіз Погоди В EOSDA Crop Monitoring

На платформі EOSDA Crop Monitoring дані про погоду поділяються на три види: історичні, поточні та прогнозовані. Кожному полю надається індивідуальна статистика. Ця інформація точніша та детальніша за ту, що знаходиться у відкритих джерелах, оскільки для її збору використовуються супутники, наземні метеорологічні станції, а також комплексні моделі й алгоритми прогнозування погоди.

Запобігти тепловому стресу у рослин та зменшити його вплив можна в такий спосіб:

• щодня стежити за поточною температурою та іншими метеорологічними складовими (опадами, вітром, вологістю, хмарністю тощо);
• вивчати історичні дані про погоду (починаючи з 1979 року), щоб виявити потенційно небезпечні періоди;
• аналізувати точний 14-денний прогноз, аби спланувати заходи щодо захисту рослин від теплового чи холодового стресу.

Оповіщення Про Холодовий Та Тепловий Стрес У Рослин

Функція сповіщення про погодні ризики дає змогу своєчасно виявляти загрозу холодового або теплового стресу у рослин за допомогою повідомлень про наближення перепадів температури в регіоні. Для цього в додатковому модулі достатньо налаштувати граничні значення, які будуть сигналізувати про те, що показники наближаються до екстремальних. У разі небезпеки користувачі платформи EOSDA Crop Monitoring отримають електронного листа з попередженням та зможуть вжити завчасних заходів щодо захисту посівів від критичних температур.

Окрім перепадів температури, застосунок EOSDA Crop Monitoring повідомляє про зміну значень вегетаційного індексу NDVI. Аналіз залежності щільності рослинності від погодних умов дає змогу виявити відхилення від норми в найкоротші терміни, визначити їхні причини (нестача води, шкідники, хвороби тощо) та розробити оптимальний план дій.

Виявлення Холодового Та Теплового Стресу У Рослин На Основі Історичних Даних Про Погоду

Платформа EOSDA Crop Monitoring містить історичні дані про погоду, що допомагає визначити потенційно небезпечні періоди та захистити рослини від зависоких або занизьких температур. Крім того, оформлення підписки Pro дає право на доступ безпосередньо до історичних даних про холодовий та тепловий стрес у рослин. Цю інформацію можна використовувати для планування зрошення полів та профілактичних заходів щодо збереження врожаю від руйнівного впливу спеки в наступному сезоні.

Управління Полями Разом З EOSDA Crop Monitoring

Вивчення даних про зміни температури протягом останніх років дає змогу розрахувати оптимальні терміни висіву сільськогосподарських культур. Журнал польових робіт можна використовувати як календар для управління кожним полем. Цей інструмент допомагає якнайкраще спланувати графік операцій на кожному полі, доданому в обліковий запис (від обробітку ґрунту й посівної до поливу та збору врожаю), призначати завдання конкретним виконавцям, залишати для них коментарі та читати їхні відповіді. У такий спосіб навіть великі агропідприємства можуть передбачити ситуацію та успішно керувати своїми численними полями в будь-якому регіоні та за будь-яких кліматичних умов.

Інструменти EOSDA Crop Monitoring сприяють ефективному функціонуванню всіх галузей агросектору, наприклад:

• за історичними даними, агроконсультанти можуть підібрати оптимальні терміни посіву сільськогосподарських культур;
• страхові компанії та банки – брати до уваги холодовий та тепловий стрес у рослин під час розрахунку грошових компенсацій;
• неурядові організації – розробляти стратегії управління полями, особливо у слаборозвинених сільських районах.

Важливість Боротьби З Холодовим Та Тепловим Стресом У Рослин

Загроза здоров’ю посівів виникає на кожному етапі їхнього розвитку. Холодовий та тепловий стрес може не просто уповільнити зростання сільськогосподарських культур, а й повністю їх знищити. Своєчасне виявлення цієї проблеми забезпечує мінімізацію впливу несприятливих погодних умов на рослини та збереження врожаю.