Биологические особенности и хозяйственное значение кукурузы в современном растениеводстве

Биологические особенности и агротехническая ценность кукурузы

Кукуруза относится к группе просовидных хлебов (вторая группа зерновых злаков), куда также входят рис, просо, сорго и чумиза. В отличие от типичных злаков первой группы, эти культуры теплолюбивы, светолюбивы, требуют короткого светового дня и отличаются высокой засухоустойчивостью (за исключением риса). Они менее требовательны к плодородию почвы, чем пшеница и ячмень, но в благоприятных условиях способны обеспечивать максимальную урожайность.

Биологическое строение кукурузы имеет ряд характерных признаков. Мужские соцветия представлены метелками, а женские — початками. Нижние цветки колосков обычно редуцированы и бесплодны, зерно не имеет бороздки и хохолка, а прорастает всегда одним зародышевым корешком. Узлы кущения у растений закладываются близко к поверхности почвы.

Для агронома кукуруза ценна как эффективная пропашная культура в севообороте. Она помогает очистить поля от сорняков, улучшает водный режим почвы и способствует сохранению ее плодородия. Кукуруза служит ценным предшественником для зерновых и других культур, а также показывает высокую продуктивность в пожнивных, повторных, смешанных и уплотненных посевах.

Хозяйственное значение, питательность и мировая продуктивность

Кукуруза — культура универсального использования. Ее зерно при стандартной влажности 14–15 % содержит 65–70 % углеводов, 9–12 % белков и 4–6 % липидов. На продовольственные цели идет мука (ее подмешивают к пшеничной и ржаной для выпечки хлеба, готовят мамалыгу и кондитерские изделия), крупа с выходом до 64 % (включая кукурузную манку), крахмал, глюкоза, патока, спирт и пиво. Из зародышей зерна, содержащих 30–40 % липидов, получают пищевое масло и витамин Е. Также в пищу употребляют отваренные и консервированные початки и зерна кукурузы в фазе молочной спелости.

Как кормовая культура кукуруза занимает ведущее место в животноводстве: на корма расходуется около 60 % мирового производства зерна. Она превосходит большинство культур по сбору кормовых единиц с гектара при умеренных затратах труда. В корм животным идет не только зерно, но и силос из зеленой массы, богатой каротином, а также сухие листья, стебли и стержни початков, остающиеся после уборки.

• Питательность зерна (в 1 кг) — 1,34 корм. ед.
• Переваримый белок зерна (в 1 кг) — 78 г
• Питательность стеблей (в 1 кг) — 0,37 корм. ед.
• Переваримый протеин стеблей (в 1 кг) — 20 г
• Выход кормовых единиц с 1 га — 6280 кг
• Сбор протеина с 1 га — 413 кг

Техническое применение кукурузы также разнообразно. Из стеблей производят бумагу, строительные плиты, изоляционные материалы и линолеум. Стержни початков служат сырьем для выработки фурфурола, необходимого для очистки масел, производства пластмасс и искусственных волокон. В медицине используют пестичные столбики (кукурузные рыльца), а из стеблей и початков получают активированный уголь и анестетики.

По урожайности зерна кукуруза уступает только рису, занимая третье место в мире по валовому сбору после пшеницы и риса. По данным ФАО, лидирующие позиции по выращиванию кукурузы удерживают США (где на нее приходится 60 % валового сбора всего зерна в стране) и Китай. Ниже приведена динамика производства кукурузы ведущими странами-производителями.

Страна	Производство в 1995 г., тыс. т	Производство в 2000 г., тыс. т	Производство в 2005 г., тыс. т
США	225 453	187 969	280 228
Китай	64 102	112 362	131 145
Бразилия	22 018	36 267	34 860
Мексика	14 103	18 353	20 500
Аргентина	11 900	11 404	19 500
Индия	6 644	9 534	14 500
Франция	12 409	12 740	13 226
Индонезия	4 330	8 246	12 014
Южная Африка	8 444	4 866	11 996
Италия	6 357	8 454	10 622

География возделывания и потенциал продуктивности

Мировой спрос на кукурузу стабильно растет. Это заставляет хозяйства расширять посевные площади под культуру. На урожайность сильно влияют технологии: если среднемировой показатель составляет около 50 ц/га, то в передовых европейских хозяйствах этот уровень превышен в два и более раза. Рекордный мировой сбор зерна достиг отметки 232,2 ц/га.

• Мировая площадь посева на зерно — более 142,68 млн га
• Доля США в структуре мировых площадей — около 35 %
• Среднемировая урожайность зерна — около 50 ц/га
• Рекордная урожайность зерна в мире — 232,2 ц/га
• Потенциал урожайности зерна в Беларуси — 50–70 ц/га
• Потенциал сбора зеленой массы в Беларуси — 350–400 ц/га

В растениеводстве кукуруза возделывается как на зерно, так и на силос с зеленым кормом. Различия в климате и целях выращивания определяют как масштабы сева, так и среднюю продуктивность по регионам. Ниже приведены показатели возделывания культуры в Российской Федерации и Республике Беларусь по разным направлениям использования.

Регион и цель выращивания	Период / год	Площадь посева	Средняя урожайность
Россия (Северо-Кавказский, Нижневолжский, Central-Chernozem регионы), на зерно	—	720 тыс. га	32,5 ц/га
Россия (кроме северных районов), на силос и зеленый корм	Период 5 лет	около 3 млн га	170 ц/га
Беларусь (расширение в ряде областей), на зерно	2008 г.	100,3 тыс. га (на 1,3 % больше плана)	66,7 ц/га (валовой сбор — 668,5 тыс. т)
Беларусь, на зеленый корм и силос	2008 г.	свыше 615,3 тыс. га (97,7 % от плана)	235,8 ц/га (валовой сбор — 14,5 млн т)

Для повышения рентабельности животноводства хозяйства увеличивают объемы производства зерна кукурузы. В планах белорусского агросектора — расширение площадей по зерновой технологии до 200 тыс. га, что позволит получать не менее 1 млн тонн собственного зерна. В силосном направлении поставлена задача до конца 2010 года довести среднюю урожайность зеленой массы до 300 ц/га при валовом сборе на уровне 13–14 млн тонн.

Селекция гибридов и исторические корни культуры

Развитие отечественной селекции решает проблему зависимости от импортного посевного материала. Полевые испытания родительских форм гибрида Белиз в 2004 году и последующее производство 2,5 тыс. тонн гибридных семян в 2005 году доказали возможность полного обеспечения внутренних потребностей регионов. С вводом в эксплуатацию новых семенных заводов годовой объем производства доработанных семян планируется увеличить до 7,5 тыс. тонн, чтобы полностью закрыть внутренний спрос.

В сортоиспытаниях 2005 года высокую урожайность продемонстрировали следующие гибриды:

• сорт-стандарт сахарной кукурузы Парумбень-340 — 197 ц/га;
• Парумбень-198MBF1 — 182 ц/га;
• Людмила — 190 ц/га.

Агрономам доступны для внедрения отечественные гибриды и совместные разработки:

• белорусские гибриды: Белиз, Полесский 212СВ;
• белорусско-молдавские гибриды: Бемо 160 МВ, Бемо 181СВ, Бемо 182СВ, Бемо 210СВ, Бемо 172СВ;
• белорусско-украинские гибриды: Адонис 180СВ, Адонис 224СВ, МОС 182СВ, МЕЛ 272СВ, ВАР 330МВ.

Кукуруза (Zea mays L.) — древнейшая теплолюбивая культура, дикие предки которой до сих пор не найдены. Предполагается, что она возникла в Мексике или Гватемале в результате скрещивания вымершего предка маиса с дикорастущим злаком трипсакум, а ее далеким прародителем выступает теосинте. Археологические находки початков в Мехико датируются 3,5 тыс. лет до н. э., а возраст ископаемой пыльцы в Перу и Боливии оценивается в 5–10 тыс. лет до н. э. К моменту открытия Нового Света в 1492 году она уже являлась основным пищевым растением обеих Америк.

До открытия Америки кукурузу в Старом Свете не выращивали. Первые образцы зерна доставили в Испанию участники второй экспедиции в Новый Свет, после чего публикации 1511 и 1516 годов привлекли к растению внимание европейских ботаников. Научное название рода Zea восходит к греческому «жить», подчеркивая исключительную важность этой хлебной культуры. В европейских языках закрепились разные варианты названия:

• в Вене и Берлине — маис;
• в Будапеште — кукурица;
• в Варшаве — кукурудза;
• в Бухаресте и Софии — кукуруз (от турецкого «кокороз» — высокостебельное растение).

Кукуруза быстро распространилась по Европе и Средиземноморью, а уже к 1496 году португальские мореплаватели завезли ее в Индию, Китай, Гвинею и на остров Ява.

Несколько позже кукуруза распространилась на территории Российского государства — в Грузии (XVII в.), на Северном Кавказе, в Украине, Молдавии, затем в Средней Азии, Нижнем Поволжье и более северных районах (например, в Орловской, Тульской, Калужской губерниях — XIX в.). Однако в России кукуруза долгое время большого хозяйственного значения не имела, и в 1913 г. под ее посевами было занято лишь 1,3 млн га.

Только в середине ХХ в. по инициативе Н. С. Хрущева вопросу широкого распространения посевов кукурузы для продовольственных и кормовых целей было уделено серьезное внимание. В настоящее время в СНГ основные площади посевов кукурузы на зерно расположены в Украине (преимущественно в ее южной части), Северном Кавказе, Молдавии и Закавказье. Культура кукурузы простирается приблизительно до 50° с. ш.

Широкое распространение кукурузы в мировом земледелии обусловлено следующими причинами: кукуруза — одно из наиболее продуктивных растений; она обладает большой способностью приспосабливаться к различным почвенно-климатическим условиям.

Кукуруза относится к семейству Злаковые, или Мятликовые (Gramineae, или Poaceae) и имеет лишь один вид — кукуруза обыкновенная, или маис (Zea mays L.). Кукуруза — культурное растение, и дикие предки ее не установлены.

Кукуруза — однолетнее, однодомное, раздельнополое растение. Женские цветки ее собраны в соцветие початок, мужские — в метелку. второй группы 185

Рис. 20. Кукуруза: морфологические особенности (а); на поле в июле (б); початок в разрезе (в); отдельная зерновка (г); подвиды кукурузы (д) — зубовидная (1), кремнистая (2, 4), крахмалистая (3), сахарная (5), рисовая, или лопающаяся (6)

Корневая система мощная, мочковатая, многоярусная, корни уходят на глубину до 3 м. Анатомическая особенность строения корневой системы кукурузы — наличие воздушных полостей, свидетельствующих о повышенной чувствительности корней к наличию кислорода.

Стебель толстый, мясистый, сочный, в диаметре до 7 см. Высота растения обычно от 60 см до 6 м в зависимости от разных почвенно-климатических условий.

Цветки мужские расположены попарно на верхушке растения на кистеобразных ветвях метелки, женские сидят початками в углах листьев на боковых поверхностях стебля, рыльце одно и очень длинное.

Кукуруза — перекрестноопыляющаяся (с помощью ветра) культура. Мужские и женские цветки зацветают не одновременно, что также является важным условием для перекрестного опыления. Метелка зацветает на 3—8 дней раньше выхода рылец столбиков из початков. Для опыления благоприятна теплая влажная погода с легким ветром. При дождливой погоде пыльца смывается, а чрезмерная сухость убивает ее. Неблагоприятные условия ведут к образованию череззерницы.

Плод — крупная зерновка, как правило, голая, гладкая. Зерно состоит из оболочки, эндосперма и зародыша. В эндосперме различают мучнистую и роговидную части. Зерновки кукурузы разных групп и сортов (гибридов) имеют различную окраску — белую, кремовую, желтую, оранжевую, красную, фиолетовую. В початке в зависимости от сорта и условий выращивания образуется 200—1000 зерен, в среднем початок имеет 500—600 зерен.

По форме, строению и химическому составу зерновок выделяют девять подвидов кукурузы:

• зубовидная (самый распространенный подвид);
• полузубовидная;
• кремнистая;
• крахмалистая;
• крахмалисто-сахарная;
• сахарная;
• лопающаяся;
• восковидная;
• пленчатая.

В результате длительного отбора человек создал более 10 тыс. различных форм, сортов и гибридов кукурузы, имеющих разное хозяйственное назначение: продовольственное, кормовое и техническое.

Зубовидная кукуруза (indentata) (рис. 20, д — 1) — самый распространенный подвид, сравнительно новый в культуре. Зерно крупное, удлиненнопризматическое, с вмятиной на верхушке, по форме напоминает конский зуб. Эндосперм на боковых сторонах зерновок стекловидный, в центре зерна и на верхушке мучнистый. Сорта и гибриды, относящиеся к этому подвиду, сравнительно позднеспелые.

Кремнистая кукуруза (indurata) (рис. 20, д — 2, 4) по происхождению является одним из наиболее древних подвидов, имеет самый широкий ареал на земном шаре. Отличается холодостойкостью, неполегаемостью, устойчивостью к болезням и меньшей требовательностью к условиям произрастания, имеет как исключительно позднеспелые, так и предельно скороспелые формы. Зерно округлое, сдавленное, гладкое, блестящее. Эндосперм второй группы 187 стекловидный и лишь в центральной части зерновки мучнистый. Ценное сырье для производства муки, из которой приготовляют мамалыгу, хлебные изделия и крупы.

Подвид	Крахмал, %	Белок, %	Жир, %
Зубовидная	68—76	8—10	около 5
Кремнистая	65—83	8—18	до 5

Крахмалистая кукуруза (атуlazea) (рис. 20, д — 3) имеет такую же форму зерна, как кремнистая. Зерновка почти вся наполнена мучнистой массой. Роговидный эндосперм отсутствует или представлен лишь тонким наружным слоем.

Крахмал	72—83 %
Белок	7—12 %
Жир	5 %

Зерно — ценное сырье для крахмалопаточной, спиртоводочной и маслобойной промышленности.

Сахарная кукуруза (saccharata) (рис. 20, д — 5) возникла как мутант зубовидных и кремнистых сортов. Считается сравнительно молодой в культуре. Имеет крупную морщинистую зерновку, состоящую из полупрозрачного стекловидного эндосперма с характерным блеском на изломе. В эндосперме сахарных сортов кроме различных форм крахмала содержатся водорастворимый декстрин и белок.

Биологические особенности подвидов и требования к климату

• Температура прорастания семян — 8–10 °С
• Опасные для всходов заморозки — до -2...-3 °С
• Оптимальная влажность почвы — 75–80% от полной влагоемкости
• Доза азота на гектар — 90–120 кг д. в.
• Норма навоза на суглинках — 35–40 т/га

В производстве используют несколько подвидов кукурузы, каждый из которых имеет свои биологические и хозяйственные особенности. Сахарную кукурузу выращивают как овощную культуру для консервной промышленности, убирая зерно в фазе молочной спелости. Лопающаяся кукуруза — древний подвид с мелким роговидным эндоспермом, зерно которого при нагревании лопается; его используют для производства крупы и хлопьев. Восковидную кукурузу возделывают в США и европейских странах для получения декстрина, а плёнчатая из-за сильно развитых прицветников не имеет хозяйственного значения.

Подвид кукурузы	Белок, %	Углеводы / Крахмал, %	Декстрин, %	Жир, %
Сахарная (овощная)	18—20	64 (углеводы)	32	8—9
Лопающаяся (рисовая и перловая)	10—14	62—72 (крахмал)	—	—

Кукуруза крайне требовательна к свету и относится к растениям короткого дня. Наиболее быстрое зацветание происходит при 8–9-часовом световом дне, а увеличение фотопериода свыше 12–14 часов затягивает вегетацию. Посевам жизненно необходимо интенсивное солнечное освещение, особенно на первых этапах развития. В зависимости от группы спелости гибрида вегетационный период длится от 75 до 180 и более дней.

Группа спелости гибридов	Сумма активных температур, °С
Скороспелые	2100—2400
Средне- и позднеспелые	2600—3000

Кукуруза — теплолюбивая культура, чувствительная к заморозкам. Семена начинают прорастать при температуре почвы 8–10 °C на глубине заделки, а дружные всходы появляются при 10–12 °C через 15–20 дней. Понижение температуры до 10 °C полностью останавливает рост растений, а заморозки до -2...-3 °C повреждают всходы. До начала формирования генеративных органов культура без вреда переносит нагрев воздуха до 25 °C.

Кукуруза расходует большой объем воды, хотя развитая корневая система и опушение листьев помогают ей частично поглощать влагу из воздуха. Для набухания и прорастания семени требуется объем воды, равный 60% от его массы. Благоприятные условия для активного роста складываются при влажности почвы на уровне 75–80% от полной влагоемкости. Посевы эффективно используют осадки второй половины лета.

Для получения высоких урожаев культуру размещают на чистых, рыхлых и воздухопроницаемых почвах с глубоким гумусовым горизонтом и нейтральной или слабокислой реакцией среды. Подходят черноземы, темно-каштановые, темно-серые суглинки, супеси, а также пойменные земли. Развитие растений проходит строго определенные фазы, длительность которых зависит от погоды, гибрида и агротехники.

• Начало и полное появление всходов.
• Начало и полное появление метелок.
• Начало и полное появление початков (появление нитей).
• Молочное и молочно-восковое состояние зерна.
• Восковая спелость.
• Полная спелость.

Место в севообороте, обработка почвы и система удобрения

Кукуруза отличается высокой пластичностью и переносит повторные посевы на одном поле в течение 3–5 лет без резкого снижения урожайности. Лучшими предшественниками для нее служат пропашные, зернобобовые культуры, однолетние и многолетние бобовые травы. Также ее размещают после зерновых колосовых второй группы, под которые вносили навоз. Сама кукуруза является отличным предшественником практически для всех культур в севообороте.

Система обработки почвы">Система обработки почвы строится с учетом засоренности поля, предшественника и гранулометрического состава почвы. Она включает два основных этапа: глубокую основную обработку и тщательную предпосевную подготовку. Все технологические операции выполняют в строгой последовательности.

1. Основная обработка. Проводят лущение стерни и последующую вспашку на глубину пахотного слоя для уничтожения сорняков и качественной заделки растительных остатков и удобрений.
2. Предпосевная подготовка. Включает раннее боронование зяби и одну-две культивации с обязательным выравниванием поверхности поля для сохранения почвенной влаги и выравнивания температурного режима.
3. Посев и прикатывание. Проводят сев на заданную глубину с обязательным прикатыванием почвы до и после прохода сеялки для создания оптимального контакта семян с почвенной влагой.

Органические удобрения вносят под зяблевую вспашку. Норма внесения зависит от гранулометрического состава почвы: на окультуренных суглинистых почвах вносят 35–40 т/га, на супесчаных норму увеличивают до 40–50 т/га. На постоянных участках возделывания кукурузы рекомендуется вносить 100–120 т/га органических удобрений один раз в 3–4 года.

Минеральный азот вносят в дозе 90–120 кг действующего вещества на гектар. Способ и сроки внесения зависят от механических свойств почвы на конкретном поле. На легких почвах дозу дробят: треть азота вносят под предпосевную культивацию, а оставшиеся две трети — во время рыхления междурядий. На связных почвах всю норму азотных удобрений вносят в предпосевную культивацию.

Для получения дружных всходов и высокого урожая кукурузы важно соблюдать дозировку удобрений и использовать качественный семенной материал. Фосфорные удобрения вносят дробно: 60—90 кг д. в./га до сева и еще 10—15 кг/га д. в. непосредственно при посеве. Калийные удобрения в объеме 90—120 кг д. в. вносят под вспашку на связных почвах либо под весеннюю культивацию, если почвы легкие. Сеют кукурузу семенами гибридов не ниже первого поколения, которые прошли протравливание и инкрустацию на специализированных заводах.

• Температура почвы для сева — 8—10 °С
• Период проведения сева — 10—12 дней
• Ширина междурядий — 70 см
• Глубина заделки на легких почвах — 5—6 см
• Глубина заделки на связных почвах — 3—5 см

К севу приступают после прогрева почвы на глубине заделки семян. Сроки сева зависят от региона возделывания:

• северная зона Беларуси: 1—10 мая;
• центральная зона: 25 апреля — 10 мая;
• южная зона: 25 апреля — 5 мая.

Посев проводят широкорядным, пунктирным способом. Оптимальную густоту стояния растений подбирают под направление использования и тип гибрида:

Назначение	Тип гибрида	Густота, тыс./га
Зерно	Раннеспелые	80—90
Зерно	Среднеспелые	70—80
Силос	Среднеранние	110—120
Силос	Среднеспелые	100—110
Силос	Среднепоздние	90—100

Для уничтожения всходов сорняков применяют боронование на глубину 1—2 см. Важно выдерживать оптимальные сроки обработок в процессе вегетации:

1. Первое довсходовое боронование проводят на 4—6 день после сева.
2. Повторное довсходовое боронование выполняют через 4—6 дней после первой обработки.
3. Третье довсходовое боронование делают при задержке появления всходов кукурузы.
4. Повсходовое боронование осуществляют в фазе 3—6 листьев культуры.

Когда рядки четко обозначились, начинают культивацию междурядий. Чтобы защитить посевы от сорняков в критический период развития кукурузы, применяют гербициды примэкстра голд TZV или кларисс.

Сроки и технологии уборки урожая

Уборку кукурузы обычно проводят в сентябре. Сроки и технологические приемы зависят от того, на какие цели направлен урожай — на силос или на сухое зерно.

На силос кукурузу убирают в фазе молочно-восковой или восковой спелости зерна, которая продолжается около 10 дней. Листья и стебли в этот период еще зеленые и содержат около 70 % воды, а влажность зерна составляет 35—55 %.

Для повышения содержания белка кукурузу высевают совместно с бобовыми культурами: соей, бобами или лобией.

Кукурузу на зерно убирают при наступлении полной спелости. Растения к этому моменту желтеют, обертки початков подсыхают, а зерно затвердевает и приобретает характерный блеск. Чтобы ускорить подсыхание зерна на корню, можно вручную раскрыть пожелтевшие обертки или опрыскать посевы 15%-м раствором сульфата аммония (NH4)2SO4.

Уборку на зерно выполняют двумя способами:

• в початках — работу начинают при влажности зерна 40 %;
• в зерне — приступают при влажности не более 32 %.

При любом способе листостебельную массу собирают одновременно с зерновой частью. Чтобы избежать потерь качества, весь объем работ по уборке нужно завершить за 15 дней.