Фенологія описує послідовність і тривалість фаз життєвого циклу рослин, а фенологічні спостереження за сільськогосподарськими культурами є основою для моніторингу їхнього розвитку й оцінювання продуктивності. Дослідження фенологічних фаз дає змогу кількісно оцінити реакцію рослин на дію кліматичних чинників (температуру, вологість, фотоперіод) та на агротехнічні заходи, наприклад, внесення добрив, застосування регуляторів росту, зрошення тощо.
ВАЖЛИВІСТЬ РОЗУМІННЯ ФЕНОЛОГІЧНИХ ФАЗ
Управління тривалістю вегетації є важливим агрономічним інструментом, який дає змогу адаптувати розвиток рослин до конкретних кліматичних умов. Наприклад, збільшення тривалості вегетаційного періоду може покращити показники фотосинтезу, біомаси й урожайності. Регулюючи тривалість вегетації, агроном може як пришвидшити розвиток рослин і таким чином сприяти проходженню ними певного етапу вегетації швидше, щоб рослини не потрапили під вплив несприятливих чинників навколишнього середовища, так і сповільнити його, запобігаючи впливу невідворотної засухи або надмірно високих чи низьких температур. А визначення фенологічних дат достигання культур потрібне для прогнозування врожайності.
На місцевому рівні точне визначення настання фенологічних фаз необхідне для планування агротехнічних заходів. Воно дає змогу оптимізувати використання ресурсів, знижуючи витрати та підвищуючи ефективність управління сільськогосподарськими культурами. На регіональному ж рівні спостереження за щорічними змінами в датах проходження фенологічних стадій і тривалості вегетаційного періоду має важливе значення для оцінки змін клімату та їх впливу на сільськогосподарське виробництво. Такі дослідження дають змогу виявити закономірності в адаптації культур до нових кліматичних умов, прогнозувати зміни врожайності й розробляти адаптаційні стратегії.
Фенологію посівів можна контролювати за допомогою польового скаутингу, методу термічних одиниць, як-от градусо-дні вирощування (GDD) і теплові одиниці Цельсія (CHU), та супутникових даних. Застосування супутникових даних є потужним інструментом для відстеження фенологічних фаз на великих площах і в регіональному масштабі, забезпечуючи отримання даних про стан посівів у режимі реального часу та можливість оцінювання їх розвитку через аналіз спектральних характеристик зображень.
В умовах глобальних змін клімату суттєвої трансформації зазнала й погода взимку, коли чергуються теплі та прохолодні періоди, зі значно меншою товщиною або ж узагалі відсутністю снігового покрову. Тому культури, що зимують вегетативно, піддаються більшому ризику бути знищеними від дії несприятливих погодних умов у найкритичніший період мінімально можливого впливу як з боку агротехнологій, так і здатності самих рослин оперативно зменшити шкідливий вплив отриманих пошкоджень.
У контексті глобальних змін клімату відповідних змін зазнала й погода на території України. Ці зміни створюють серйозні загрози для озимих культур. Відсутність захисного снігового покриву або різке коливання температури може заподіяти шкоду рослинам, оскільки здатність рослин реагувати на подібні несприятливі фактори досить обмежена.
Ефективність агротехнічних заходів за таких умов теж буде обмеженою – іноді неможливо компенсувати шкоду, заподіяну посівам несприятливими погодними умовами. Після відновлення вегетації озимі злакові культури потрапляють у невідворотний вир подій: агроном вже не має таких можливостей, як з ярими культурами – перенести строки сівби і таким чином оминути несприятливі погодні умови. Тому вивчення впливу погодних умов на озимі злаки в холодний період дуже важливе для оптимізації агротехнічних заходів і запобігання потенційним втратам урожаю.
МЕТА ДОСЛІДЖЕНЬ
Мета наших досліджень полягала у встановленні закономірностей росту й розвитку озимих злакових культур та визначенні критичних періодів за реакцією на несприятливі фактори довкілля.
Польові дослідження проводили в умовах зони нестійкого зволоження Правобережного Лісостепу України на дослідному полі Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН України у 2020–2024 рр.
Ґрунт дослідного поля – чорнозем глибокий середньосуглинковий на лесовидному суглинку із вмістом гумусу 2,58% (за Тюріним), лужногідролізованого азоту – 176 мг/кг ґрунту (за Корнфільдом), рухомих сполук фосфору та калію – 160 і 95 мг/кг ґрунту (за Чиріковим), рНсол. 6,75, сумою ввібраних основ 305 мг-екв/кг ґрунту та гідролітичною кислотністю 9,1 мг екв/кг. Вміст гумусу й лужногідролізованого азоту середній, рухомого фосфору – високий, калію – підвищений.
Погодні умови за період 2019–2024 рр. характеризувалися частими температурними аномаліями, переважно у бік потепління, та значними коливаннями рівня опадів (як дефіцит, так і надлишок у різні періоди).
РІЗНІ ПІДХОДИ ДО КЛАСИФІКАЦІЇ ФАЗ
Проблематика визначення фаз росту й розвитку озимих злакових культур не нова, над розробленням різних шкал працювали численні дослідники, зокрема, Ф. М. Куперман, W. Feekes, C. Keller, M. Baggiolini, J. C. Zadoks, J. R. Haun. Вони представили різні підходи до класифікації фаз, і між ними є певні відмінності, які важливо взяти до уваги. Це стосується як наукових, так і практичних аспектів застосування цих шкал. Оскільки в подальших дослідженнях важливо вибрати найбільш точну шкалу, яка підходить водночас для наукових робіт, сільськогосподарського виробництва та цифрових технологій, доцільно розглянути особливості кожної з них і визначити, яка найбільше відповідає сучасним вимогам.
Наразі найбільш точною та повною є шкала BBCH, що розшифровується як Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt und Chemische Industrie. Проте її слід порівняти зі шкалою Ф. М. Куперман, згідно з якою в озимих злаків виокремлюють 12 етапів органогенезу (табл. 1). Як видно, складні етапи, що потребують проведення мікроскопічних досліджень для визначення наявності конусу, його диференціації тощо, можна зіставити зі шкалою ВВСН з достатнім рівнем точності, що усуває потребу в додаткових дослідженнях.
Варто зауважити, що BBCH – це не одна шкала, а ціла їх серія, розроблена для різних видів сільськогосподарських культур. Вона побудована таким чином, що фенологічні фази, не типові для певних видів, або пропущені, або ж мають інші назви. Водночас усі шкали серії об’єднує те, що в них застосовується система десяткового коду. Натомість у шкалі Куперман є 12 етапів органогенезу, причому з дещо нерівномірним висвітленням усіх станів рослин, особливо на початковому етапі проростання насінини та на останньому – відмирання рослини. У шкалі Куперман серед усіх етапів органогенезу вісім етапів належать до вегетативного періоду, коли формуються елементи продуктивності рослин, зокрема, кількість стебел, колосів, квіток у колосі тощо, і чотири етапи – до генеративного, що включають цвітіння, запліднення та формування насіння.
Тобто шкала була розроблена насамперед для культур, при вирощуванні яких важливо отримати велику кількість елементів продуктивності і які не здатні абортувати квітки чи боби, як це відбувається у бобових рослин за впливу несприятливих погодних умов. Зіставлення шкал BBCH і Куперман, а також елементи продуктивності, які можна покращити у кожній із фаз, наведено в табл. 1.
Загалом шкала Куперман є досить цінним інструментом для оцінювання розвитку сільськогосподарських культур, однак зі збільшенням обсягу знань про ріст і розвиток рослин вона стає менш придатною для комплексного аналізу їх стану.
Шкала BBCH базується на системі кодів розвитку зернових культур Задокса (Zadoks). Тож у ній визначено 10 первинних стадій розвитку рослин, (10…30…50…), кожна з яких, своєю чергою, має 10 вторинних (11…14….17…. 21….24…27…). У підсумку обидві шкали є аналогічними за загальною кількістю стадій розвитку – 100 (табл. 2).
Основна відмінність шкали Задокса від BBCH полягає в тому, що вона орієнтована виключно на зернові культури, тоді як остання більш універсальна й більш поширена. Водночас у певних випадках застосування шкали Задокса залишається доцільним.
Шкала Фікеса (Feekes) була запропонована нідерландським агрономом Віллемом Фікесом у 1941 р. й досі використовується в США. Вона визначає 11 стадій розвитку зернових культур, де стадія 1 – паростки (від появи шильця до трьох листків), а 11 – налив зерна. Шкала Фікеса особливо докладно описує етапи, що відповідають BBCH 11–19 (розвиток листкового апарату) та 31–59 [від появи першого вузла (стадія 6) до завершення колосіння (стадія 10.5)]. Саме ці стадії є критичними для правильного визначення строків унесення фунгіцидів і добрив.
Модифікацією шкали Фікеса є шкала Баджоліні (Baggiolini), де стадії розвитку рослин закодовані літерами. При цьому більше уваги приділяється періодам від появи першого до третього листка та завершення кущіння до початку подовження стебла, а також окремим фазам, як-от початок та завершення колосіння, початок цвітіння, рання молочна стиглість.
Цікава для порівняння і шкала Хауна (Haun), яка є корисною для деталізації вегетативних фаз росту. Вона охоплює 16 стадій розвитку злакових культур, де стадія 1 – поява першого справжнього листка, а 16 – завершення достигання зерна та відмирання рослини.
Подібно до шкали Фікеса, у ній досить докладно відображено етапи розвитку рослин, що відповідають ВВСН стадіям 11–18 (утворення листків) та 55–60 (колосіння). Натомість дещо менше уваги приділяється таким періодам, як цвітіння та молочна стиглість зерна. Зіставлення стадій росту й розвитку рослин за згаданими шкалами наведено в табл. 2.
Отже, більшість шкал розвитку озимих зернових, окрім ВВСН, фокусуються на окремих критичних періодах росту й розвитку рослин, залишаючи поза увагою загальну картину. Однак для повноцінного прогнозування продуктивності культури важливо враховувати всі етапи її розвитку. Для практичного застосування – внесення добрив або засобів захисту прості шкали мають перевагу, оскільки в них простіше орієнтуватися. Але для наукових досліджень та моделювання продуктивності культур вони менш придатні, оскільки не враховують певні ключові стадії росту й розвитку, які мають біологічне значення. Тому в подальшій роботі будемо використовувати шкалу BBCH, що якнайповніше відображає біологічні зміни рослин, є уніфікованою та гнучкою, а також придатною для комп’ютерного моделювання росту й розвитку рослин.
ЗАКОНОМІРНОСТІ РОСТУ І РОЗВИТКУ ТА КРИТИЧНІ ПЕРІОДИ
Узагальнено можна стверджувати, що озимі злакові культури, на відміну від однорічників, проходять не два, а три етапи росту й розвитку. Перший етап триває приблизно шість місяців – від фази ВВСН 00 (проростання) до ВВСН 29 (завершення кущіння). Причому оптимально, коли кущіння не завершується восени, а продовжується навесні, оскільки це запобігає надмірному переростанню рослин, що може спричинити втрату вегетативної маси через несприятливі умови або хвороби.
Висіяне насіння зазвичай протягом 3–4 діб поглинає необхідну для проростання кількість вологи, після чого починає ріст, і за оптимальних умов сходи з’являються через 7–9 діб або навіть раніше. Важливо також, щоб у шарі ґрунту 0–10 см вміст вологи становив не менше ніж 16–19% від найменшої польової вологоємкості, оскільки зниження цього показника вже до 12–15% затримує появу сходів, а при 9–11% насіння під час проростання може загинути через дефіцит вологи. Крім того, рослини, що розвивалися за умов нестачі вологи восени, мають знижену зимостійкість через недостатній розвиток фотосинтетичного апарату та низький рівень накопичення цукрів.
Читати по темі: Урожайність пшениці залежно від осіннього та весняного азотного підживлення
Кущіння починається через 12–15 діб після появи сходів і характеризується, передусім, інтенсивним розвитком кореневої системи, добовий приріст якої досягає 1,5–1,7 см. Це єдина фаза, що розпочинається восени й триває до весни. Оптимальним для входження рослин у зиму вважається формування трьох-чотирьох стебел, тоді як решта (до 20%) стебел утворюється вже навесні. Фаза кущіння триває 35–40 діб і потребує суми активних температур у межах 520–670°С. Для її ефективного проходження важливе мінеральне живлення, зокрема, застосування добрив (NРК)45-60, яке сприяє підвищенню коефіцієнта кущіння з 3,3 до 6,6 та збільшенню кількості продуктивних стебел з 348 до 410.
Навесні відновлення вегетації озимих злакових культур розпочинається за температури повітря 3–4°С, причому впродовж зими нерідко трапляються «вікна», коли рослини можуть підростати. Це особливо характерно для пізніх посівів, що ввійшли в зиму недорозвиненими, або ж надмірно розвинених посівів, у яких виникає гостра конкуренція за чинники живлення, зокрема світло, вже на ранніх етапах розвитку.
Початок колосіння залежить від погодних умов, строків сівби та біологічних особливостей сорту, але зазвичай ця фаза настає через 25–28 діб після початку виходу рослин у трубку. Календарно це відповідає кінцю травня – початку червня.
Фаза цвітіння триває 4–7 діб і зазвичай розпочинається через 3–4 доби після колосіння. Спочатку розцвітають квітки, розташовані в середній частині колоса, після чого цвітіння поширюється вниз і вгору. Квітки, що розцвітають першими, зазвичай формують більші зерна, оскільки до них раніше та в більших кількостях надходять поживні речовини, ніж до квіток, які з’являються пізніше.
Формування зерна починається одразу після запліднення і триває 10–12 діб або до досягнення молочної стиглості. Загалом після запліднення зерно проходить кілька фаз достигання («наливу»), зокрема, водянистої, молочної, воскової та повної стиглості.
Молочна стиглість триває в середньому 10–18 діб, протягом яких вологість зерна поступово знижується до 50%. У фазі воскової стиглості, яка триває 5–7 діб, зерно зменшується в розмірах, а його вологість знижується із 40 до 20%.
У фазі формування зерна важливу роль відіграє температурний режим, оскільки за оптимальної температури 20–22°С налив зерна може досягати 2,6 г за добу на 1000 насінин, тоді як за зниження температури до 17°С цей показник уповільнюється до 0,7 г, а за 11°С – не перевищує 0,5 г за добу на 1000 насінин.
Отже, у більшості фенологічних фаз росту й розвитку озимих злакових культур є критичні періоди, які необхідно своєчасно діагностувати для запобігання негативним наслідкам через застосування відповідних агротехнічних заходів. Крім того, за впровадження системи моделювання продуктивності культур важливо взяти до уваги наявність стресу в рослин. Вплив одних несприятливих чинників може бути компенсований на наступних етапах розвитку, а інших – ні. І останні визначатимуть кінцевий рівень продуктивності (табл. 3).
Таким чином, аналіз даних таблиці показує, що найбільш критичними для росту й розвитку озимих культур є періоди проростання та кущіння, оскільки саме вони відіграють ключову роль у підготовці рослин до перезимівлі. Водночас виділення негативних чинників, що впливають на рослини в зимовий період, як критичних є менш доцільним. За умов достатнього накопичення цукрів і належного розвитку рослин у зоні Лісостепу України ризик загибелі посівів через несприятливі фактори середовища залишається мінімальним.
Натомість найбільша кількість критичних етапів розвитку рослин, які слід контролювати, припадає на другий період, що починається від весняного відростання до цвітіння рослин. Адже в цей час формуються основні елементи структури майбутнього врожаю, і будь-які несприятливі чинники можуть суттєво знизити потенціал продуктивності рослин. Причому основні стреси, спричинені дефіцитом вологи в ґрунті та нестачею елементів живлення, можна своєчасно діагностувати за допомогою сучасних приладів. Це дає змогу оперативно реагувати на можливі ризики та коригувати технологію вирощування. Водночас своєчасне застосування засобів захисту рослин є невід’ємним складником сучасних агротехнологій, що не піддається сумніву і забезпечує стабільний рівень продуктивності культур.
ВИСНОВКИ
Для озимих злакових культур найкритичнішими фазами росту й розвитку за дефіцитом вологи є ВВСН 00–09, 30–32, 41–69, за впливом високих температур повітря – ВВСН 70–89, а за нестачею елементів живлення, зокрема азоту, – ВВСН 29, 33–36. У ці періоди рослини особливо вразливі до стресових факторів, що може суттєво вплинути на їхню продуктивність.
О. І. Присяжнюк, Н. О. Кононюк, О. Ю. Половинчук, В. В. Мусіч, О. М. Гончарук, П. Ю. Волошин, О. А. Маляренко, О. П. Шевченко, Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН України
Опубліковано в журналі “Агроном”, 2026
