Эколого-биологические аспекты морозоустойчивости и зимостойкости виноградного растения в условиях Северного Дагестана

Актуальность. Изменение климата и экологической ситуации возделывания, неустойчивость многих районированных сортов к низкотемпературному режиму и зимним условиям Северного Дагестана, отрицательная реакция физиологических и биохимических процессов на ряд абиотических, биотических и антропогенных факторов внешней среды, проявляющаяся в снижении продуктивности и качестве урожая, частой гибели кустов и насаждений привело к массовой интродукции новых морозоустойчивых и комплексно-устойчивых сортов винограда в Республике Дагестан. Ф. А. Адаманов, Н. А. Алиев, A.M. Аджиев и другие ученыевиноградари республики своевременно подняли проблему интродукции новых сортов. Однако, выявлению причин отрицательного влияния среды на вегетативные и репродуктивные органы виноградного растения, определению физиологических и биохимических механизмов их развития во взаимосвязи с генетической природой сорта и экологией формирования урожая не было уделено достаточно внимания. Все еще остается не решенной проблема продвижения интенсивной культуры винограда в северные и предгорные районы республики. Имея дело с укрывной культурой районированных сортов, товаропроизводители несут значительные экономические убытки в Хасавюртовском, Кизлярском, Тарумовском, Новалакском и других районах.

В этой связи комплексные исследования хозяйственно-ценных признаков интродуцентов, их экологической адаптации в новых условиях возделывания весьма актуальны. Разработка экологических и биологических основ возделывания этих сортов в неукрывной культуре недостаточно отражена в научной литературе, особенно их морозоустойчивость и зимостойкость. Учитывали также и повышенное внимание Правительства Республики Дагестан в последние годы к развитию виноградарства, поскольку уже в 70−80-е годы Дагестан считался виноградным цехом.

России. Где насчитывалось 70 тыс. га виноградников и производилось 350 380 тыс. тонн винограда. На долю виноградовинодельческой отрасли приходилось до 30% валовой продукции агропромышленного комплекса, хотя в структуре сельхозугодий ее доля не превышала 0,8%. Поэтому в программе экономического и социального развития Республики Дагестан на 2004;2010гг., утвержденного Госсоветом и Правительством РД. виноградо-винодельческая отрасль рассматривается как наиболее приоритетная отрасль аграрного сектора экономики.

Вышеизложенное позволяет полагать, что тема наших исследований является актуальной.

Исходя из поставленной цели, решались задачи по изучению: фенологических фаз различных сортов виноградадинамики роста и вызревания побеговбиохимических изменений, протекающих за вегетационный период. накопления и превращения пластических веществ в осенне-зимний периодморозоустойчивость сортов по степени накопления Сахаров в однолетних побегахэкономическая эффективность возделывания неукрывной культуры винограда.

Научная новизна.

1. Впервые в условиях Северного Дагестана изучены агробиологические, физиологические и биохимические показатели морозоустойчивости и зимостойкости новых сортов винограда, обоснована экономическая эффективность возделывания сортов винограда: Подарок Магарача, Левокумский устойчивый, Виорика.

2. На основе экспериментальных исследований выявлены различия физиологических и биохимических параметров между новыми интродуцированными и старыми районированными сортами виноградного растения в условиях Северного Дагестана.

3. Обоснована экономическая эффективность интродукции возделывания сортов винограда Подарок Магарача, Левокумский устойчивый, Виорика, Декабрьский. Практическая значимость.

На основании результатов исследования рекомендованы для широкого производственного испытания и внедрения сорта винограда, устойчивые к морозам: Подарок Магарача, Левокумский устойчивый, Виорика Внедрение их в производство сокращает трудоемкость культуры и дает возможность получать экологически чистую, конкурентоспособную продукцию. Разработаны и рекомендованы способы ускоренного восстановления кустов винограда, поврежденных зимними морозами за счет использования искусственно вызванных пасынковых побегов первого и второго порядков. Некоторые наши данные по морозоустойчивости и зимостойкости виноградного растения могут быть использованы при селекции новых сортов винограда.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Агробиологическая и биохимическая оценка морозоустойчивых сортов винограда в условиях Северного Дагестана.

2. Биохимические изменения, протекающие за вегетационный период виноградного растения в разрезе сортов.

3. Определение морозоустойчивости сортов по степени накопления Сахаров в однолетних побегах.

4. Возможности расширения северной границы неукрывного виноградарства.

5. Экономическая эффективность возделывания новых интродуцированных сортов винограда в условиях Северного Дагестана.

1. ЛИТЕРАТУРНЫМ ОБЗОР 1.1 Физиологические п биохимические параметры морозоустойчивости и зимостойкости виноградного растении.

Виноград (Vitis Vinifera) относится к семейству виноградовые. Растет в условиях умеренного, теплого и субтропического климата.

Так как процесс формирования растении проходит на фоне периодических изменений внешних условий в годичном цикле, смены теплых периодов с продолжительным освещением, то безусловно, как указывает И. Д. Орлов (1954), эти изменения отражаются и в процессе онтогенетического развития в виде соответствующей годичному циклу периодичности, которая у виноградного растения выражается последовательной сменой фенофаз. Под влиянием сменяющихся условий года годичный цикл развития винограда слагается из двух периодов: относительного покоя и вегетации. Как указывают Я.И. Гоголь-Яновский (1928), A.M. Негруль (1946, 1948), в тропических районах виноград растет непрерывно в течение всего года.

По исследованиям Я. И. Потапенко (1940,1954), виноград в определенные периоды времени нуждается в температурах ниже 8°, или, говорит он, для нормального прохождения процессов развития виноградному растению необходимо пройти период «покоя» или фазу пониженной температуры. Вследствие этого годичное развитие винограда слагается из двух периодов: периода активного роста и развития или периода вегетации, и периода относительного покоя. Эти два периода у винограда взаимосвязаны и взаимообуславливают друг друга. От того, насколько нормально пройдет первый период, настолько нормально проходит второй период или наоборот. Особенно это имеет значение в севершлх условиях, где как указывает И. М. Туманов (I960) морозоустойчивость растения зависит от того, насколько растение умеет к осени развить в себе способность к закаливанию, которая возникает только после успешного окончания всего цикла развития.

У растений винограда, достигших плодоношения, как отмечает Г. Л. Шуруба (1951), вся дальнейшая жизнь представляет собой непрерывную цепь следующих один за другим вегетационных периодов, каждый из которых начинается ростом и развитием побегов и заканчивается созреванием ягод и семян.

Впервые М. Лазаревский (1937) весь вегетационный период винограда делит на семь фаз. В числе этих семи фаз он отмечает и период состояния относительного покоя, приходящийся, главным образом, на зимние месяцы.

Включение состояния зимнего покоя к числу фаз вегетационного периода едва ли является правильным, так как период относительного покоя находится за границами вегетации растения и представляет собой период, когда растение не проявляет никаких жизненных функций.

Д.С. Мержаниан и П. Т. Болгарев (1937,1939), делят ежегодный цикл развития винограда на два периода, из которых первым является период относительного покоя и вторым — период вегетации. В свою очередь период вегетации они подразделяют на шесть фаз.

В дальнейшем исследования А. С. Мержаниана и П. Т. Болгарева в этой области подтверждены исследованиями ряда советских ученых: A.M. Негруль (1959), С. А. Лазарис (1952), П. Т. Болгарев (1951), С. Ф. Серпуховитина, Л. В. Величко (1958), A.M. Негруль, В. Н. Чигрин, А. Я. Кузьмин (1958), С. М. Рубин (1955) и др.

Фенологические наблюдения играют огромную роль в практике виноградарства, особенно при освоении новых районов культуры винограда. Они дают возможность установить зависимость между наступлением и продолжительностью каждой фазы вегетационного периода у растений.

При изучении сортов винограда фенологические наблюдения позволяют оценить пригодность их для тех или иных почвенно-климатических условий.

Кроме того, с фазами вегетационного периода связано и применение агротехнических приемов, применяющихся при возделывании винограда.

Как указывает Л. М. Негруль (1959), вегетационный период у плодоносящих растений винограда, состоит из следующих шести фаз:

1-я фаза (сокодвижение) — от начала весеннего сокодвижения до начала распускания почек;

2-я фаза (распускание почек и рост побегов) — от начала роста почек до начала цветения;

3-я фаза (цветение) — от начала до конца цветения;

4-фаза (рост ягод) — от конца цветения до начала созревания ягод;

5-я фаза (созревание ягод) — от начала созревания ягод до полной их зрелости;

6-я фаза (вызревание побегов и листопад) — от полной зрелости до опадания листьев.

Первая фаза вегетационного периода указывает Л.С. 11ержаниан (19 391 959гг), начинается усиленным сокодвижением — весенним плачем виноградных лоз. Плач зависит, в основном от жизнедеятельности корня и от комплекса условий среды, в которой находится корневая система.

Плач начинается, как только температура почвы на глубине основной массы питающих корней достигает 7−10°.

Ранней весной он задерживается недостатком тепла. Во время наступления весеннего «плача» его продолжительность зависят от ряда условий, к числу которых относятся: близость расположение корней к поверхности почвыметеорологические условия весны и сортовые особенности. Из этого следует, что в различных почвенно-климатических условиях и в разные годы в одной и той же местности, продолжительность весеннего «плача» неодинакова.

От зимнего покоя к активному вегетационному периоду проходят через подготовительную фазу, называемую фазой сокодвижения и проявляющуюся в «плаче». Эта фаза начинается при повышении давления капиллярной воды в древесной ткани до 1,5−2 атмосфер, под прямым давлением корневой системы.

Вторая фаза вегетационного периода начинается, примерно, в апреле с распусканием глазков (Л.С. Мержаниан 1939;51). Сначала они постепенно увеличиваются в размере (набухают), чешуйки раздвигаются, и появляются верхушки растущего побега. В этот период растения развивают основную вегетативную массу — молодые побеги и листья, рост которых продолжается и в последующие фазы.

Распускание глазков зависит от комплекса внешних условий: температуры, которая должна быть выше 8°, влажность воздуха, а также притока воды в глазок. Для распускания глазков необходимо сумма градусов активной температуры (выше 8°), примерно, не менее 120−200°, в зависимости от более или менее благоприятных прочих условий.

Первые дни после распускания почек интенсивность роста побегов в значительной мере определяются среднесуточной температурой. Длительно прохладная и дождливая погода в это время отрицательно сказывается на росте молодых побегов винограда, который при этих условиях в дневное время проходит медленно, а в ночное время может даже вовсе прекращаться. Когда же побеги достигают 10−15см. длины, температура воздуха не оказывает на их рост такого резкого влияния. В этот период рост побегов достигает 60% и больше их полной длины. В конце описываемой фазы суточный прирост длины побегов достигает 6−8 и даже 10 см. в зависимости от природных особенностей сорта (М.Лазаревский 1937, Л. С. Мержаниан 1939).

Продолжительность второй фазы развития вегетационного периода зависит от климатических и почвенных условий, систем агротехнических мероприятий, условий питания растений и сортовых особенностей. В умеренно-теплом климате, по Мержаниану (1939), эта фаза длится около полутора месяца.

G. Allevveldt (1960), указывает, что рост молодых побегов винограда задерживается на коротком дне и усиливается в длинном дне.

Третья фаза вегетационного периода.

Эта фаза продолжается от начала цветения до завязывания ягод. Момент начала цветения определяется сбрасыванием колпачков венчика. Начало цветения, в основном зависит от температуры. Сумма градусов активной температуры от распускания глазков до цветения, но Мержаниану, равняется примерно 380°. Цветение происходит в умеренно-теплом климате в первой декаде июня, средняя температура которой обычно равна 17−19°. Наилучшая температура для цветения 25−35°, при котором цветение и оплодотворение идут наиболее быстро, и ягоды хорошо завязываются.

При температуре ниже 15° цветение идет, но оплодотворение часто не происходит. Цветение продолжается обычно около двух декадс конца маяначала июня до 20 чисел июня в умеренно-теплом климате.

М.П. Бузин (1929) на основании фенологических наблюдений на южном берегу Крыма установил, что цветение начинается только при температуре выше 15°Спри 20° дружно зацветает почти все сорта винограда.

Четвертая фаза вегетационного периода начинается завязыванием ягод и продолжается до начала их созревания (А.С. Мержаниан 1951). Начало четвертой фазы определяется ростом маленькой, обычно оплодотворившейся завязи, которая затем превращается в ягоду.

Эта фаза продолжается в умеренно-теплом климате обычно со второй половины июня в течение, примерно, одного-двух месяцев. Разные сорта сильно отмечаются по продолжительности этой фазы, поэтому окончание ее, в зависимости от сорта и условий погоды и местности, очень растягивается — со второй половины июля до первой половины сентября. По данным А. С. Мержаниана (1951), необходимое для третьей и четвертой фаз от начала цветения до начала созревания) сумма градусов активной температуры для сорта Алиготе равна 880°.

Пятая фаза вегетационного периода. Начало созревания ягод характеризует наступление пятой фазы (А.С. Мержаниан 1935). В течение этой фазы наблюдается следующие изменения морфологических и физиологических особенностей куста и ягод.

Рост побегов продолжается все более и более замедляясь и наконец, верхушка останавливается в росте, окончательно выпрямляется, утончается и после остановки роста на кончике буреет.

Одревеснение побега, принимающего буроватую окраску, быстро распространяется на среднюю зону все выше и выше. По исследованиям А. С. Мержаниана (1939) динамику созревания побегов по отдельным междоузлиям, начиная от основания, выяснилось, что сначала в нижних, обычно пяти-семи междоузлиях, созревания идет медленно и равномерно (10−15 дней), затем восемь — десять следующих междоузлий созревают сразу в течении двух-трех дней.

С окончанием процесса дифференциации соцветий в зимующих глазках нижней зоны заканчивается полное развитие листовой массы.

Наступление этой фазы и ее длительность зависят от почвенно-климатических условий района и метеорологических условий года. Пятая фаза продолжается, примерно, от 0,5 до 2 месяцев, в зависимости от сорта и условий года. Данная фаза заканчивается физиологической зрелостью ягод.

Шестая фаза вегетационного периода винограда начинается с момента наступления физиологической зрелости ягод и продолжается до конца опадания листьев. В этой фазе происходят подготовка вегетативных органов к зимнему периоду. Однолетние побеги продолжают усиленно дозревать в верхней части. Листья некоторое время продолжают свои ассимиляционные функции, а затем, в связи со «старением» хлоропластов, их ассимиляционная деятельность падает. В этот период листья способствуют накоплению пластических веществ и вызреванию побегов и плодовых глазков, находящихся в них.

Примерно в середине фазы вместе прикрепления черешка и листа к лозе начинает закладываться отдельная ткань, образующая пробковый слой, которая способствует к опаданию листьев.

Продолжительность шестой фазы в зависимости от сорта, погоды и условий местности, в среднем, равняется 40−45 дням. Рост побегов винограда на протяжении вегетации происходит неравномерно.

Как отмечает Л. С. Максимов (1952), существует тесная зависимость между величиной прироста и температурой.

По Л. С. Мержаниану (1951), в динамике роста побегов на протяжении вегетационного периода замечается прохождение ими большого периода роста. Сначала, побеги растут медленно, затем ускоряют свой рост и достигнув максимума длины (в период цветения), начинают замедлять скорость до полного прекращения роста (начало созревания ягод).

Рост виноградного побега в длину, как показывают ряд исследований, состоит из двух структурных процессов: 1) верхушечного нарастания побегов, при котором формируются листья и узлы стебля- 2) вегетативного роста междоузлий.

Отдельные междоузлия также проходят в своем росте большой период, при этом, как указывает Л. С. Мержаниан (1939) у каждого междоузлия, участвующего в большом периоде роста побегов, максимум скорости последовательно передвигается с нижней части к верхней. Когда меж*доузлия становится пятым, седьмым по счету от верхушки, рост его в длину совсем прекращается. После прохождения побегом большого роста в длину, который приходится на период цветения, рост его постепенно начинает замедляться и в этот период начинается более сильные утолщения побегов.

Я.И. Потапенко и Е. И. Захарова (1940) показывают, что рост побегов при длинном дне проходит более энергично и побеги обладают большим приростом. При укороченном дне накопление вегетативной массы проходит весьма сдержанно, и растения характеризуются незначительным ростом. На длинном дне междоузлия почти в два раза длиннее, чем на укороченном дне. Это свидетельствует о том, что в условиях северных широт, создаются условия, более благоприятные условия для роста побегов, чем для развития.

G. Alleweldt (1959), указывает, что длина дня влияет на рост растения, внешний вид и физиологические процессы. Короткий день вызывает раннее вступление растения в период покоя, способствует лучшему вызреванию, образованию коротких междоузлий, вызреванию почек.

Исследования В. Г. Александрова и Е. В. Макаревского (1926,1928) показывают картину структурных изменений тканей и режима пластических веществ в стеблях сортов винограда Саперави, Ркацители и Мцване.

По данным этих авторов, анатомия структуры побега на протяжении вегетации претерпевает ряд изменений, от более простого первичного строения с сильной развитой сердцевиной и слабым развитием флоэмы и ксилемы в весенний период, до более сложного вторичного строения с ясно заметным, в несколько слоев твердым лубом, мощной древесиной и хороню развитой перидермой в летне-осенний период.

Работы К. Д. Стоева (1948, 1952, 1953, 1971), освещают превращение углеводов и активность ферментативных процессов. В частности он указывает, что вследствие усиленного роста в первой половине вегетации, углеводные запасы быстро снижаются и доходят до минимума. Новые накопления углеводных веществ начинается лишь тогда, когда расход их на рост в основном прекращается. По К. Д. Стоеву (1948;1959), в условиях Краснодарского Края в однолетних побегах винограда содержание Сахаров заметно повышается дважды, перед началом вегетации (март) и во время цветения (июль). Минимальное количество крахмала содержится в тканях примерно в середине лета, максимальное — в сентябре.

Имеются масштабные исследования по изучению морозоустойчивости растений.

Следующим этапом в изучении этого вопроса были исследования немецкого физиолога второй половины Х1Хв. Сакса (Sachs, 1860). На основании своих экспериментальных данных, он пришел к выводу, что растения погибают не от замерзания, а в результате вредного влияния быстрого оттаивания (цитировано по И. И. Туманову, 1940).

Причина смерти им объяснялась не низкой температурой, а обезвоживанием в процессе льдообразования.

Впоследствии этому вопросу были посвящены исследования Молиша (MoIisch, 1897), который пришел к заключению, что в результате обезвоживания при замерзании растений происходит нарушение структуры протоплазмы, что в конечном итоге приводит к гибели клетки.

Новый этап исследований по вымерзанию растений и гибели клетки связан с работами Н. А. Максимова (1913). Им установлено, что при замораживании объектов в соприкосновении с растворами ряда веществ, например, Сахаров, ткани не вымерзают, т. е. такие растворы защищают от вредного воздействия отрицательных температур.

Непосредственной причиной повреждения и отмирания протоплазмы при образовании льда в межклетниках является сам лед. В результате обезвоживания и образования внеклеточного льда, приводящее к коагуляции коллоидов, (цитировано по Туманову, 1940).

Дальнейшее развитие теории вымерзания получила в исследованиях И. И. Туманова (1931,1933,1940,1945,1951,1955а, 19 556,1955 В, 1960 и т. д.) и его учеников, которые и сейчас проводят большую работу по изучению зимостойкости растений.

И.И. Туманов (1955;1960гг.) своими исследованиями показал не только механизм повреждения растительной ткани при действии отрицательных температур, но и весь ход перестройки и подготовки растения к перенесению морозов.

Им установлено, что для подготовки и перехода растения в зимостойкое состояние недостаточно лишь проявления таких признаков, как приостановка роста, одревеснение, листопад и др.

Необходимы и глубокие внутренние биохимические изменения, влекущие за собой перестройки внутреннего содержания растения. «При переходе от вегетирующего состояния к зимующему надо, чтобы обмен веществ принял другое (зимостойкое) направление». (И.И. Туманов, 1955а). Необходимо, -чтобы растения в осенний период прошли последовательные этапы перестройки — первую и вторую фазы закаливания.

ВЫВОДЫ.

1. Изученные нами сорта (Подарок Магарача, Виорика, Молдоваопытные и контрольные — Агадаи, Ркацители) завершают ростовые процессы в конце июля и в начале августа. Вызревание побегов начинается с 10 августа. Глубокий покой отмечен во второй половине августа вплоть до 1 сентября.

2. Содержание высокомолекулярных веществ — крахмала в побегах достигает пика 16 октября, а затем постепенно идет увеличение Сахаров. У морозоустойчивых сортов по сравнению с неморозостойкими сортами содержание свободной воды уменьшается в осенне-зимний период, что ведет к увеличению процентного соотношения связанной воды. В зимний период, в зависимости от погодных условий эти данные меняются.

3. Физиологические и биохимические процессы, протекающие в осенне-зимний период прямо свидетельствует, о морозоустойчивости и зимостойкости таких сортов как: Подарок Магарача, Левокумский устойчивый, Виорика, Декабрьский.

4. Такие сорта как Подарок Магарача, Левокумский устойчивый, более устойчивы к морозам, процент их гибели составляет 18−19%- по сравнению с Ркацители и Агадаи. Одним из положительных факторов свидетельствующих о целесообразности районировать таких сортов в северной зоне промышленного виноградарства Республики свидетельствует относительная урожайность пасынков 1-го и 2-го порядков, которые могут восстановить до 50% урожая в год повреждения кустов.

5. По степени накопления крахмала в побегах отличился сорт Подарок Магарача (20,91%), в отличие контрольного Ркацители (20,30%).

6. Полученные нами данные по комплексному изучению таких сортов как Подарок Магарача, Яловенский устойчивый, Декабрьский свидетельствует о возможности расширения северной границы неукрывного виноградарства до изолинии средних абсолютных минимум температур, до 18−20° против обычных -15−16°). Что имеет большое прикладное значение для народного хозяйства Республики, т.к. с открывкой и укрывкой связаны 30−40% общих затрат.

Чистый доход от возделывания таких сортов как Яловенскпй устойчивый, Подарок Магарача, Молдова, Декабрьский, составил от 4480 руб./га до 5105 руб./ по сравнению с контрольными Ркацители — 2235 и Агадаи -1099.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Целесообразно расширить северные границы неукрывного виноградарства за счет сортов: Подарок Магарача, Левокумский устойчивый, Декабрьский до изолинии средних абсолютных температур -18−20°С (до Терека).

2. Формирование виноградных кустов, поврежденных зимними морозами следует производит за счет пасынковых побегов первого и второго порядка, позволяющих получить до 50% урожая в год повреждения.