Біологічні особливості та господарське значення кукурудзи в сучасному рослинництві

Біологічні особливості та агротехнічна цінність кукурудзи

Кукурудза належить до групи просоподібних хлібів (друга група зернових злаків), куди також входять рис, просо, сорго та чумиза. На відміну від типових злаків першої групи, ці культури теплолюбні, світлолюбні, потребують короткого світлового дня і вирізняються високою посухостійкістю (за винятком рису). Вони менш вимогливі до родючості ґрунту, ніж пшениця та ячмінь, але в сприятливих умовах здатні забезпечувати максимальну урожайність.

Біологічна будова кукурудзи має ряд характерних ознак. Чоловічі суцвіття представлені волотями, а жіночі — качанами. Нижні квітки колосків зазвичай редуковані та безплідні, зерно не має борозенки і чубчика, а проростає завжди одним зародковим корінцем. Вузли кущіння у рослин закладаються близько до поверхні ґрунту.

Для агронома кукурудза цінна як ефективна просапна культура у сівозміні. Вона допомагає очистити поля від бур'янів, покращує водний режим ґрунту та сприяє збереженню його родючості. Кукурудза слугує цінним попередником для зернових та інших культур, а також показує високу продуктивність у пожнивних, повторних, змішаних та ущільнених посівах.

Господарське значення, поживність та світова продуктивність

Кукурудза — культура універсального використання. Її зерно при стандартній вологості 14–15 % містить 65–70 % вуглеводів, 9–12 % білків і 4–6 % ліпідів. На продовольчі цілі йде борошно (його підмішують до пшеничного та житнього для випічки хліба, готують мамалигу та кондитерські вироби), крупа з виходом до 64 % (включаючи кукурудзяну манку), крохмаль, глюкоза, патока, спирт та пиво. Із зародків зерна, що містять 30–40 % ліпідів, отримують харчову олію та вітамін Е. Також у їжу вживають відварені та консервовані качани і зерна кукурудзи у фазі молочної стиглості.

Як кормова культура кукурудза займає провідне місце у тваринництві: на корми витрачається близько 60 % світового виробництва зерна. Вона перевершує більшість культур за збором кормових одиниць з гектара при помірних витратах праці. У корм тваринам іде не тільки зерно, а й силос із зеленої маси, багатої на каротин, а також сухе листя, стебла та стрижні качанів, що залишаються після збирання врожаю.

• Поживність зерна (в 1 кг) — 1,34 корм. од.
• Перетравний білок зерна (в 1 кг) — 78 г
• Поживність стебел (в 1 кг) — 0,37 корм. од.
• Перетравний протеїн стебел (в 1 кг) — 20 г
• Вихід кормових одиниць з 1 га — 6280 кг
• Збір протеїну з 1 га — 413 кг

Технічне застосування кукурудзи також різноманітне. Зі стебел виробляють папір, будівельні плити, ізоляційні матеріали та лінолеум. Стрижні качанів слугують сировиною для вироблення фурфуролу, необхідного для очищення олій, виробництва пластмас та штучних волокон. У медицині використовують маточкові стовпчики (кукурудзяні приймочки), а зі стебел і качанів отримують активоване вугілля та анестетики.

За урожайністю зерна кукурудза поступається тільки рису, займаючи третє місце у світі за валовим збором після пшениці та рису. За даними ФАО, лідируючі позиції з вирощування кукурудзи утримують США (де на неї припадає 60 % валового збору всього зерна в країні) та Китай. Нижче наведено динаміку виробництва кукурудзи провідними країнами-виробниками.

Країна	Виробництво у 1995 р., тис. т	Виробництво у 2000 р., тис. т	Виробництво у 2005 р., тис. т
США	225 453	187 969	280 228
Китай	64 102	112 362	131 145
Бразилія	22 018	36 267	34 860
Мексика	14 103	18 353	20 500
Аргентина	11 900	11 404	19 500
Індія	6 644	9 534	14 500
Франція	12 409	12 740	13 226
Індонезія	4 330	8 246	12 014
Південна Африка	8 444	4 866	11 996
Італія	6 357	8 454	10 622

Географія вирощування та потенціал продуктивності

Світовий попит на кукурудзу стабільно зростає. Це змушує господарства розширювати посівні площі під культуру. На урожайність сильно впливають технології: якщо середньосвітовий показник становить близько 50 ц/га, то в передових європейських господарствах цей рівень перевищений у два і більше разів. Рекордний світовий збір зерна досяг позначки 232,2 ц/га.

• Світова площа посіву на зерно — понад 142,68 млн га
• Частка США у структурі світових площ — близько 35 %
• Середньосвітова урожайність зерна — близько 50 ц/га
• Рекордна урожайність зерна у світі — 232,2 ц/га
• Потенціал урожайності зерна в Білорусі — 50–70 ц/га
• Потенціал збору зеленої маси в Білорусі — 350–400 ц/га

У рослинництві кукурудза вирощується як на зерно, так і на силос із зеленим кормом. Відмінності в кліматі та цілях вирощування визначають як масштаби сівби, так і середню продуктивність за регіонами. Нижче наведено показники вирощування культури в Російській Федерації та Республіці Білорусь за різними напрямками використання.

Регіон та мета вирощування	Період / рік	Площа посіву	Середня урожайність
Росія (Північно-Кавказький, Нижньоволзький, Central-Chernozem регіони), на зерно	—	720 тис. га	32,5 ц/га
Росія (крім північних районів), на силос і зелений корм	Період 5 років	близько 3 млн га	170 ц/га
Білорусь (розширення в низці областей), на зерно	2008 р.	100,3 тис. га (на 1,3 % більше плану)	66,7 ц/га (валовий збір — 668,5 тис. т)
Білорусь, на зелений корм і силос	2008 р.	понад 615,3 тис. га (97,7 % від плану)	235,8 ц/га (валовий збір — 14,5 млн т)

Для підвищення рентабельності тваринництва господарства збільшують обсяги виробництва зерна кукурудзи. У планах білоруського агросектору — розширення площ за зерновою технологією до 200 тис. га, що дозволить отримувати не менше 1 млн тонн власного зерна. У силосному напрямку поставлено завдання до кінця 2010 року довести середню урожайність зеленої маси до 300 ц/га при валовому зборі на рівні 13–14 млн тонн.

Селекція гібридів та історичні корені культури

Розвиток вітчизняної селекції вирішує проблему залежності від імпортного посівного матеріалу. Польові випробування батьківських форм гібрида Беліз у 2004 році та подальше виробництво 2,5 тис. тонн гібридного насіння у 2005 році довели можливість повного забезпечення внутрішніх потреб регіонів. З введенням в експлуатацію нових насіннєвих заводів річний обсяг виробництва доопрацьованого насіння планується збільшити до 7,5 тис. тонн, щоб повністю закрити внутрішній попит.

У сортовипробуваннях 2005 року високу урожайність продемонстрували такі гібриди:

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

Агрономам доступні для впровадження вітчизняні гібриди та спільні розробки:

• білоруські гібриди: Беліз, Поліський 212СВ;
• білорусько-молдавські гібриди: Бемо 160 МВ, Бемо 181СВ, Бемо 182СВ, Бемо 210СВ, Бемо 172СВ;
• білорусько-українські гібриди: Адоніс 180СВ, Адоніс 224СВ, МОС 182СВ, МЕЛ 272СВ, ВАР 330МВ.

Кукурудза (Zea mays L.) — найдавніша теплолюбна культура, дикі предки якої досі не знайдені. Припускають, що вона виникла в Мексиці або Гватемалі в результаті схрещування вимерлого предка маїсу з дикорослим злаком трипсакум, а її далеким прабатьком виступає теосинте. Археологічні знахідки качанів у Мехіко датуються 3,5 тис. років до н. е., а вік викопного пилку в Перу і Болівії оцінюється у 5–10 тис. років до н. е. До моменту відкриття Нового Світу в 1492 році вона вже була основною харчовою рослиною обох Америк.

До відкриття Америки кукурудзу в Старому Світі не вирощували. Перші зразки зерна доставили в Іспанію учасники другої експедиції в Новий Світ, після чого публікації 1511 і 1516 років привернули до рослини увагу європейських ботаніків. Наукова назва роду Zea походить від грецького «жити», підкреслюючи виняткову важливість цієї хлібної культури. У європейських мовах закріпилися різні варіанти назви:

• у Відні та Берліні — маїс;
• у Будапешті — кукуриця;
• у Варшаві — кукурудза;
• у Бухаресті та Софії — кукуруз (від турецького «кокороз» — високостебельна рослина).

Кукурудза швидко поширилася Європою та Середземномор’ям, а вже до 1496 року португальські мореплавці завезли її до Індії, Китаю, Гвінеї та на острів Ява.

Дещо пізніше кукурудза поширилася на території Російської держави — в Грузії (XVII ст.), на Північному Кавказі, в Україні, Молдавії, потім у Середній Азії, Нижньому Поволжі та північніших районах (наприклад, в Орловській, Тульській, Калузькій губерніях — XIX ст.). Однак у Росії кукурудза тривалий час великого господарського значення не мала, і в 1913 р. під її посівами було зайнято лише 1,3 млн га.

Тільки в середині ХХ ст. з ініціативи М. С. Хрущова питанню широкого поширення посівів кукурудзи для продовольчих і кормових цілей було приділено серйозну увагу. Нині в СНД основні площі посівів кукурудзи на зерно розташовані в Україні (переважно в її південній частині), на Північному Кавказі, у Молдавії та Закавказзі. Культура кукурудзи простягається приблизно до 50° пн. ш.

Широке поширення кукурудзи у світовому землеробстві зумовлене такими причинами: кукурудза — одна з найбільш продуктивних рослин; вона має велику здатність пристосовуватися до різних ґрунтово-кліматичних умов.

Кукурудза належить до родини Злакові, або Мятликові (Gramineae, або Poaceae) і має лише один вид — кукурудза звичайна, або маїс (Zea mays L.). Кукурудза — культурна рослина, і дикі предки її не встановлені.

Кукурудза — однорічна, однодомна, роздільностатева рослина. Жіночі квітки її зібрані в суцвіття качан, чоловічі — у волоть. другої групи 185

Рис. 20. Кукурудза: морфологічні особливості (а); на полі в липні (б); качан у розрізі (в); окрема зернівка (г); підвиди кукурудзи (д) — зубоподібна (1), кремениста (2, 4), крохмалиста (3), цукрова (5), рисова, або лопаюча (6)

Коренева система потужна, мичкувата, багатоярусна, коріння йде на глибину до 3 м. Анатомічна особливість будови кореневої системи кукурудзи — наявність повітряних порожнин, що свідчать про підвищену чутливість коренів до наявності кисню.

Стебло товсте, м'ясисте, соковите, в діаметрі до 7 см. Висота рослини зазвичай від 60 см до 6 м залежно від різних ґрунтово-кліматичних умов.

Квітки чоловічі розташовані попарно на верхівці рослини на китицеподібних гілках волоті, жіночі сидять качанами в кутах листків на бічних поверхнях стебла, приймочка одна і дуже довга.

Кукурудза — перехреснозапильна (за допомогою вітру) культура. Чоловічі та жіночі квітки зацвітають не одночасно, що також є важливою умовою для перехресного запилення. Волоть зацвітає на 3—8 днів раніше виходу приймочок стовпчиків із качанів. Для запилення сприятлива тепла волога погода з легким вітром. За дощової погоди пилок змивається, а надмірна сухість вбиває його. Несприятливі умови ведуть до утворення череззерниці.

Плід — велика зернівка, як правило, гола, гладка. Зерно складається з оболонки, ендосперму та зародка. В ендоспермі розрізняють борошнисту і рогоподібну частини. Зернівки кукурудзи різних груп і сортів (гібридів) мають різне забарвлення — біле, кремове, жовте, помаранчеве, червоне, фіолетове. У качані залежно від сорту та умов вирощування утворюється 200—1000 зерен, у середньому качан має 500—600 зерен.

За формою, будовою та хімічним складом зернівок виділяють дев'ять підвидів кукурудзи:

• зубоподібна (найпоширеніший підвид);
• напівзубоподібна;
• кремениста;
• крохмалиста;
• крохмалисто-цукрова;
• цукрова;
• лопаюча;
• воскоподібна;
• плівчаста.

У результаті тривалого відбору людина створила понад 10 тис. різних форм, сортів і гібридів кукурудзи, що мають різне господарське призначення: продовольче, кормове і технічне.

Зубоподібна кукурудза (indentata) (рис. 20, д — 1) — найпоширеніший підвид, порівняно новий у культурі. Зерно велике, видовжено-призматичне, з вм'ятиною на верхівці, за формою нагадує кінський зуб. Ендосперм на бічних сторонах зернівок склоподібний, у центрі зерна і на верхівці борошнистий. Сорти і гібриди, що належать до цього підвиду, порівняно пізньостиглі.

Кремениста кукурудза (indurata) (рис. 20, д — 2, 4) за походженням є одним із найбільш давніх підвидів, має найширший ареал на земній кулі. Вирізняється холодостійкістю, неполяганням, стійкістю до хвороб і меншою вимогливістю до умов зростання, має як виключно пізньостиглі, так і гранично скоростиглі форми. Зерно округле, здавлене, гладке, блискуче. Ендосперм другої групи 187 склоподібний і лише в центральній частині зернівки борошнистий. Цінна сировина для виробництва борошна, з якого готують мамалигу, хлібні вироби та крупи.

Підвид	Крохмаль, %	Білок, %	Жир, %
Зубоподібна	68—76	8—10	близько 5
Кремениста	65—83	8—18	до 5

Крохмалиста кукурудза (атуlazea) (рис. 20, д — 3) має таку саму форму зерна, як кремениста. Зернівка майже вся наповнена борошнистою масою. Рогоподібний ендосперм відсутній або представлений лише тонким зовнішнім шаром.

Крохмаль	72—83 %
Білок	7—12 %
Жир	5 %

Зерно — цінна сировина для крохмалепатокової, спирто-горілчаної та олієбійної промисловості.

Цукрова кукурудза (saccharata) (рис. 20, д — 5) виникла як мутант зубоподібних і кременистих сортів. Вважається порівняно молодою в культурі. Має велику зморшкувату зернівку, що складається з напівпрозорого склоподібного ендосперму з характерним блиском на зламі. В ендоспермі цукрових сортів крім різних форм крохмалю містяться водорозчинний декстрин і білок.

Біологічні особливості підвидів і вимоги до клімату

• Температура проростання насіння — 8–10 °С
• Небезпечні для сходів заморозки — до -2...-3 °С
• Оптимальна вологість ґрунту — 75–80% від повної вологоємності
• Доза азоту на гектар — 90–120 кг д. р.
• Норма гною на суглинках — 35–40 т/га

У виробництві використовують кілька підвидів кукурудзи, кожен із яких має свої біологічні та господарські особливості. Цукрову кукурудзу вирощують як овочеву культуру для консервної промисловості, збираючи зерно у фазі молочної стиглості. Лопаюча кукурудза — давній підвид із дрібним рогоподібним ендоспермом, зерно якого при нагріванні лопається; його використовують для виробництва крупи та пластівців. Воскоподібну кукурудзу вирощують у США та європейських країнах для отримання декстрину, а плівчаста через сильно розвинені приквітки не має господарського значення.

Підвид кукурудзи	Білок, %	Вуглеводи / Крохмаль, %	Декстрин, %	Жир, %
Цукрова (овочева)	18—20	64 (вуглеводи)	32	8—9
Лопається (рисова та перлова)	10—14	62—72 (крохмаль)	—	—

Кукурудза вкрай вимоглива до світла і належить до рослин короткого дня. Найбільш швидке цвітіння відбувається при 8–9-годинному світловому дні, а збільшення фотоперіоду понад 12–14 годин затягує вегетацію. Посівам життєво необхідне інтенсивне сонячне освітлення, особливо на перших етапах розвитку. Залежно від групи стиглості гібрида вегетаційний період триває від 75 до 180 і більше днів.

Група стиглості гібридів	Сума активних температур, °С
Скоростиглі	2100—2400
Середньо- та пізньостиглі	2600—3000

Кукурудза — теплолюбна культура, чутлива до заморозків. Насіння починає проростати при температурі ґрунту 8–10 °C на глибині закладання, а дружні сходи з'являються при 10–12 °C через 15–20 днів. Пониження температури до 10 °C повністю зупиняє ріст рослин, а заморозки до -2...-3 °C пошкоджують сходи. До початку формування генеративних органів культура без шкоди переносить нагрівання повітря до 25 °C.

Кукурудза витрачає великий обсяг води, хоча розвинена коренева система та опушення листків допомагають їй частково поглинати вологу з повітря. Для набухання і проростання насіння потрібно обсяг води, рівний 60% від його маси. Сприятливі умови для активного росту складаються при вологості ґрунту на рівні 75–80% від повної вологоємності. Посіви ефективно використовують опади другої половини літа.

Для отримання високих урожаїв культуру розміщують на чистих, пухких і повітропроникних ґрунтах з глибоким гумусовим горизонтом і нейтральною або слабокислою реакцією середовища. Підходять чорноземи, темно-каштанові, темно-сірі суглинки, супіски, а також заплавні землі. Розвиток рослин проходить строго визначені фази, тривалість яких залежить від погоди, гібрида та агротехніки.

• Початок і повна поява сходів.
• Початок і повна поява волотей.
• Початок і повна поява качанів (поява ниток).
• Молочний та молочно-восковий стан зерна.
• Воскова стиглість.
• Повна стиглість.

Місце в сівозміні, обробіток ґрунту та система удобрення

Кукурудза вирізняється високою пластичністю і переносить повторні посіви на одному полі протягом 3–5 років без різкого зниження урожайності. Найкращими попередниками для неї слугують просапні, зернобобові культури, однорічні та багаторічні бобові трави. Також її розміщують після зернових колосових другої групи, під які вносили гній. Сама кукурудза є відмінним попередником практично для всіх культур у сівозміні.

Система обробітку ґрунту">Система обробітку ґрунту будується з урахуванням забур'яненості поля, попередника та гранулометричного складу ґрунту. Вона включає два основні етапи: глибокий основний обробіток і ретельну передпосівну підготовку. Усі технологічні операції виконують у суворій послідовності.

1. Основний обробіток. Проводять лущення стерні та наступну оранку на глибину орного шару для знищення бур'янів та якісного закладання рослинних решток і добрив.
2. Передпосівна підготовка. Включає раннє боронування зябу і одну-дві культивації з обов'язковим вирівнюванням поверхні поля для збереження ґрунтової вологи та вирівнювання температурного режиму.
3. Сівба і прикочування. Проводять сівбу на задану глибину з обов'язковим прикочуванням ґрунту до і після проходу сівалки для створення оптимального контакту насіння з ґрунтовою вологою.

Органічні добрива вносять під зяблеву оранку. Норма внесення залежить від гранулометричного складу ґрунту: на окультурених суглинних ґрунтах вносять 35–40 т/га, на супіщаних норму збільшують до 40–50 т/га. На постійних ділянках вирощування кукурудзи рекомендується вносити 100–120 т/га органічних добрив один раз на 3–4 роки.

Мінеральний азот вносять у дозі 90–120 кг діючої речовини на гектар. Спосіб і строки внесення залежать від механічних властивостей ґрунту на конкретному полі. На легких ґрунтах дозу дроблять: третину азоту вносять під передпосівну культивацію, а решту дві третини — під час розпушування міжрядь. На зв'язних ґрунтах усю норму азотних добрив вносять у передпосівну культивацію.

Для отримання дружних сходів і високого врожаю кукурудзи важливо дотримуватися дозування добрив та використовувати якісний насіннєвий матеріал. Фосфорні добрива вносять дробово: 60—90 кг д. р./га до сівби і ще 10—15 кг/га д. р. безпосередньо під час сівби. Калійні добрива в обсязі 90—120 кг д. р. вносять під оранку на зв'язних ґрунтах або під весняну культивацію, якщо ґрунти легкі. Сіють кукурудзу насінням гібридів не нижче першого покоління, які пройшли протруювання та інкрустацію на спеціалізованих заводах.

• Температура ґрунту для сівби — 8—10 °С
• Період проведення сівби — 10—12 днів
• Ширина міжрядь — 70 см
• Глибина загортання на легких ґрунтах — 5—6 см
• Глибина загортання на зв'язних ґрунтах — 3—5 см

До сівби приступають після прогрівання ґрунту на глибині загортання насіння. Строки сівби залежать від регіону вирощування:

• північна зона Білорусі: 1—10 травня;
• центральна зона: 25 квітня — 10 травня;
• південна зона: 25 квітня — 5 травня.

Сівбу проводять широкорядним, пунктирним способом. Оптимальну густоту стояння рослин підбирають під напрямок використання та тип гібрида:

Призначення	Тип гібрида	Густота, тис./га
Зерно	Ранньостиглі	80—90
Зерно	Середньостиглі	70—80
Силос	Середньоранні	110—120
Силос	Середньостиглі	100—110
Силос	Середньопізні	90—100

Для знищення сходів бур'янів застосовують боронування на глибину 1—2 см. Важливо витримувати оптимальні строки обробітків у процесі вегетації:

1. Перше досходове боронування проводять на 4—6 день після сівби.
2. Повторне досходове боронування виконують через 4—6 днів після першого обробітку.
3. Третє досходове боронування роблять при затримці появи сходів кукурудзи.
4. Післясходове боронування здійснюють у фазі 3—6 листків культури.

Коли рядки чітко позначилися, починають культивацію міжрядь. Щоб захистити посіви від бур'янів у критичний період розвитку кукурудзи, застосовують гербіциди примэкстра голд TZV або кларисс.

Строки та технології збирання врожаю

Збирання кукурудзи зазвичай проводять у вересні. Строки та технологічні прийоми залежать від того, на які цілі спрямований урожай — на силос чи на сухе зерно.

На силос кукурудзу збирають у фазі молочно-воскової або воскової стиглості зерна, яка триває близько 10 днів. Листя та стебла у цей період ще зелені й містять близько 70 % води, а вологість зерна становить 35—55 %.

Для підвищення вмісту білка кукурудзу висівають спільно з бобовими культурами: соєю, бобами або лобією.

Кукурудзу на зерно збирають при настанні повної стиглості. Рослини до цього моменту жовтіють, обгортки качанів підсихають, а зерно твердіє і набуває характерного блиску. Щоб прискорити підсихання зерна на корені, можна вручну розкрити пожовклі обгортки або обприскати посіви 15%-м розчином сульфату амонію (NH4)2SO4.

Збирання на зерно виконують двома способами:

• у качанах — роботу починають при вологості зерна 40 %;
• у зерні — приступають при вологості не більше 32 %.

При будь-якому способі листостеблову масу збирають одночасно із зерновою частиною. Щоб уникнути втрати якості, увесь обсяг робіт зі збирання потрібно завершити за 15 днів.