Введение

Овёс (лат.Avena L.) -- род растений из семейства Злаки, или Мятликовые (Poaceae). Однолетние и многолетние травы. К роду относятся до 40 видов, распространенных преимущественно в умеренных странах Старого Света, в северной и южной Америке очень мало. Разные авторы разделяют этот род различно. Самый важный вид есть Avena sativa L., обыкновенный, или кормовой овёс. Это однолетник, с раскидистой метелкой; кроющие чешуи длиннее цветочных; колоски содержат от 2 до 3 цветков; ость голая или под нижним цветком пушистая; внешние цветочные чешуи туповато-двузубые, в ости не продолжаются; ость имеется только при нижнем цветке и внизу скрученная; иногда ее вовсе нет. Этот вид дал множество разновидностей.

Овёс -- один из самых обыкновенных культурных злаков. Возделывается ради зёрен, которые мало употребляются в пищу человека, но по преимуществу идут в корм рогатому скоту и лошадям. Сильные корма для этих животных состоят, большей частью, из овса. Культура овса очень распространена главным образом в России и Североамериканских Штатах. Количество собираемого овса в России (50 губерний) доходит до 90 млн четвертей (530 млн бушелей), уступая только ржи, сбор которой превосходит 111 1/2 млн четвертей; в Северной Америке (Соединённые Штаты) размеры культуры овса превышают таковую в России на 120 млн бушелей (всего собирается там 650 млн бушелей.). Исключая пшеничные районы (юг и юго-восток России), а также губернии Прибалтийские и Архангельскую, овсу принадлежит первое место в яровом клину, подобно тому, как ржи, в тех же местностях, первое место в озимом. Почти во всех нечернозёмных губерниях (также в губерниях Орловской, Тульской и Рязанской) под овёс отводят 1/3 более всего засеваемого пространства, а в Новгородской губернии даже до 43%. Наименьшую площадь (менее 10%) это растение занимает на крайнем юге России, во всех южных степных губерниях, а также на крайнем севере -- в Архангельской губернии. Впрочем, в Финляндии культура овса подымается всё дальше на север, причём это движение на западной стороне совершается быстрее, чем на восточной, так что граница культуры клонится всегда к востоку. В настоящее время он возделывается в небольшом размере и созревает даже в долине реки Торнео, хотя его обыкновенно снимают в зелёном виде уже в долине реки Кеми. Между 64° и 65° условия для разведения овса становятся затруднительными и дальше 66° северной широты культура его крайне ограничена, хотя совершенно прекращается только у полярного круга. На Кавказе его почти не разводят. Вообще по направлению к югу культура овса встречает затруднения в засушливости климата и в сильной жаре, чего овёс не выносит, хотя принадлежит к числу наименее требовательных растений.

Зерно овса используют для выработки крупы, муки, толокна, овсяного кофе. Овсяная крупа среди других видов круп занимает одно из первых мест по питательности. Овсяную муку применяют в кондитерском производстве, для выпечки блинов и т. д. Зерно овса используют как сырьё для выработки комбикормов и как концентрированный корм для животных. Возделывают овёс на зеленый корм, как в чистом виде, так и в смеси с бобовыми культурами, чаще с викой, горохом и чиной. Овсяную солому используют как грубый корм и как сырьё для комбикормовой промышленности.

Расплющенные зёрна овса -- основной компонент мюслей.

Очень долгое время овёс применяется в народной медицине. Крупа и мука из зёрен овса содержит большое количество крахмала и белков, сахар, жиры, минеральные соли и другие вещества, очищающие организм. Используются в качестве диетического питания, а настойки, водные вытяжки и другие препараты из соломы овса применяются как отличная помощь при бессонице, умственном истощении, нервных перегрузках и физической усталости. Ванны с отваром овсяной соломы помогают при ревматизме, подагре, ишиасе и многих кожных заболеваниях. Солома овса используется как противодиабетическое, потогонное, мочегонное, ветрогонное и жаропонижающее средство. Так называемая "овсяная болтушка" -- применяется в народной медицине для лечения кожных заболеваний и язвы желудка.

1. Биотехнологические особенности культуры

Овес (Avena L.) составляет род в семействе злаковых (Gramineae) и характеризуется следующими морфологическими признаками.

Корень мочковатый, стебель -- соломина, с 2--4 узлами и с 3--5 междоузлиями. Лист состоит из влагалища и пластинки (собственно листа). Влагалище охватывает стебель, не срастаясь своими краями. На границе влагалища и листовой пластинки имеется пленчатый язычок (ligula); формы овса без язычка встречаются очень редко. Соцветие овса -- метелка. Ветви метелки собраны полумутовками; обычно в метелке 5--7 полумутовок. От основного стержня метелки отходят ветви первого порядка, от них -- второго, затем третьего и т. д.

Метелки, выращенные в хороших условиях, имеют более сложное строение, чем метелки, выращенные на низком агротехническом фоне; у сильных, крупных метелок число полумутовок и число ветвей в полумутовке больше, чем у метелок слабых, мелких.

Каждая ветвь заканчивается колоском, который состоит из двух колосковых чешуи и цветков. У пленчатых форм овса в колоске от одного до четырех цветков, у голозерных -- от двух до семи, иногда больше. Наиболее развит нижний цветок колоска, который часто называют первым. Выше на оси колоска расположен второй и далее третий цветок. Цветок состоит из двух цветковых чешуи, наружной и внутренней, трех тычинок, пестика и двух околоцветковых пленочек (lodiculae).

Колосковые чешуи тонкие, перепончатые, с 5--11 жилками, равные по длине или верхняя длиннее нижней, почти одинаковой длины с цветками или длиннее их, у голозерных форм -- короче цветков.

Наружная цветковая чешуя у пленчатых овсов грубая, кожистая, с 5--9 жилками; у голых овсов нежная, перепончатая, на вершине разделена на два коротких зубчика (у посевного овса) или на два длинных остевидных заострения -- стриги (у песчаного овса); на спинке чешуи часто имеется ость. Основание наружной цветковой чешуи утолщено и вытянуто в вырост (каллус), особенно сильно развитый у овсюгов. У культурных овсов на каллусе имеется небольшая площадка излома -- след прикрепления первого зерна к веточке метелки или (у второго и третьего зерен) след прикрепления к стерженьку (оси колоска). У диких овсов (овсюгов) на калусе имеется ясно выраженное углубление с валиком по краю (подковка). Внутренняя цветковая чешуя короче наружной, тонкая, имеет две хорошо выраженные кили. Каждая тычинка состоит из тычиночной нити и линейного пыльника. В пестике различают верхнюю завязь и двухлопастное перистое рыльце.

Околоцветковые пленочки располагаются между завязью и наружной цветковой чешуей, у ее основания. До цветения они тонкие, прозрачные, мало заметны. Во время цветения становятся мясистыми, значительно увеличиваются в объеме, что обусловливает раскрытие цветка.

Плод -- зерновка, по всей поверхности опушенная, зародыш достигает 1/3-- ее длины; продольная бороздка с брюшной стороны выражена ясно. Зерновка с цветковыми чешуями не срастается у пленчатых форм она лишь плотно ими охватывается, у голых овсов тонкие длинные цветковые чешуи охватывают ее слабо.

Зерновка состоит из оболочки, эндосперма и зародыша. Наружная часть оболочки образуется из стенок завязи и является плодовой оболочкой (околоплодником) Вся остальная часть зерновки представляет собой семя. Под плодовой оболочкой семени располагается семенная оболочка, развивающаяся из двух оболочек семяпочки.

Зародыш хорошо (виден в нижней части зерновки. Он состоит из щитка, первичных (зародышевых) корешков в виде небольших бугорков и первичного стебля, который закапчивается почкой, покрытой колпачком зачаточных листьев. Щиток располагается между зародышем и эндоспермом, обращен к последнему своей всасывающей поверхностью и представляет собой единственную семядодю зерновки.

Зародыш занимает в зерновке небольшое место. Главную массу зерновки составляет эндосперм. Периферический слой эндосперма, располагающийся непосредственно под семенной оболочкой, называется алейроновым. Клетки этого слоя содержат алейроновые или протеиновые зерна, которые представляют собой запасные питательные вещества. Вся остальная часть эндосперма занята клетками, заполненными крахмальными зернами, в промежутках между которыми распределены белковые вещества.

1.1 Особенности роста и развития овса

Семя овса при прорастании дает обычно три зародышевых корешка редко два или 5--6. Зародышевые корешки энергично растут, и через неделю после посева длина их достигает примерно 20 см. Зародышевый стеблевой побег покрыт колеоптиле. Когда росток выходит на поверхность почвы, колеоптиле разрывается и появляется первый зеленый лист. Вначале он свернут, затем разворачивается. В фазе 3--4-го листа начинается кущение и дифференциация метелки. Развитие метелки и образование колосков начинается сверху. Ф. М. Куперман установила шесть этапов развития метелки. На всех этапах формирования метелки наиболее дифференцирована ее верхушечная часть. Процесс формирования метелки овса идет дольше, чем формирование колоса пшеницы и ячменя. В то время, когда в верхней части метелки колоски уже сформированы, в нижней все еще образуются новые. Цветки в колоске формируются снизу, то есть с основания колоска (Куперман, 1950).

В период кущения образуется зачаточный стебель, несущий зачаточную метелку. Узлы зачаточного стебля очень сближены, длина междоузлий меньше поперечного сечения стебля. Первым начинает расти нижнее междоузлие, затем второе, третье и т. д Метелка поднимается внутри влагалищной трубки -- растение переходит в в фазу выхода в трубку. После выхода в трубку начинается энергичный рост стебля и метелки, находящейся внутри листового влагалища.

Наибольшие приросты длины стебля наблюдаются в период выхода в трубку -- начала выметывания. В фазе выметывания прирост уменьшается, а после полного выметывания рост стебля почти прекращается. Следует отметить, что у длинностебельных форм приросты как абсолютные, так и относительные выше, чем у короткостебельных. Так, у сорта Орел длина стебля с 63 см в фазе выхода в трубку возросла в фазе восковой спелости до 130 см -- увеличение составило 67 см, или 107%, у высокостебелыюго гибрида 2--50--51--на 119 см, или 163%.

Наибольший прирост сухой вегетативной массы происходит, как и прирост длины стебля, в период выхода в трубку--начала выметывания. В период от начала до полного выметывания он несколько замедляется. По данным Всесоюзного научно-исследовательского института кормов, в фазе выхода в трубку (27 июня) вес сухой массы овса был 20 г, в начале выметывания (7 июля) -- 80 г, в фазу полного выметывания (14 июля)--100 г. При уборке овса в фазу выметывания урожай растительной массы значительно увеличивается.

Судить о времени начала цветения метелки по ее положению относительно влагалищного листа нельзя. В теплые и влажные годы цветение метелок начинается, когда они па 1/3 своей длины еще находятся во влагалище листа. В холодные годы цветение начинается у более "старых" метелок, когда они остаются во влагалище лишь своим основанием или полностью уже вышли из него. Если растение имеет несколько стеблей, метелки зацветают в порядке их выметывания.

Цветение метелки начинается с нижнего (первого) цветка верхушечного колоска. На следующий день или в тот же день зацветают колоски в ниже расположенных полумутовках, на концах ветвей первого порядка (наиболее длинных в полумутовке). Обычно в течение одного-двух, реже трех-четырех дней цветущие колоски появляются во всех полумутовках метелки на концах ветвей первого и отчасти второго порядков.

Почти одновременно или одновременно с цветением по периферии метелки начинается цветение от концов ветвей низших порядков к основному стержню метелки (к ветвям высших порядков). При этом цветение идет не прямолинейно, а по спирали. Спустившись с верху метелки к ее основанию по ветвям низших порядков, оно возвращается в верхние части метелки на ветви высших порядков.

Последовательность цветения в полумутовке и у отдельной ветви такая же, как у метелки в целом: оно идет с концов ветвей первого и второго порядков на ветви высокого порядка.

Весь период цветения метелки продолжается обычно 6--8, иногда 9--10 дней и не зависит ни от числа полумутовок, ни ор числа колосков в ней. Так, в 1950 г. в течение семи дней цвели метелки, имевшие 31 и 72 колоска; в 1952 г. шесть дней цвели метелки, имевшие 29 и 54 колоска. У метелок с большим числом колоскоп ежедневно зацветает большее число цветков. В результате крупные и сравнительно мелкие метелки по длительности периода цветения в общем не различаются. (Однако следует заметить, что за цветением очень мелких метелок, имеющих менее 28--30 колосков, наблюдений не велось.)

Темп цветения полумутовок в общем повторяет темп цветения метелки. Как в сильной метелке с большим числом колосков ежедневно цветет больше цветков, чем в средне развитой, так и в нижней, более сложно построенной полумутовке за один день цветет больше колосков, чем в полумутовках, расположенных выше.

Интенсивность цветения (число цветков, зацветаюих в один день) в большой степени зависит от погоды и индивидуальных особенностей метелки. Порядок же цветения метелки настолько ясно выражен, что наблюдатель, имея перед собой метелку, может предвидеть порядок зацветания колосков. Таким образом, для метелки овса характерно цветение, идущее в нисходящем порядке--от верхних колосков к основанию метелки и от концов ветвей к основному стержню.

Иначе происходит цветение в колоске. Оно начинается с нижнего цветка и идет в восходящем порядке. Ход цветения в колоске по времени зацветания цветков может быть различным. Нередко наблюдается цветение, при котором второй цветок цветет на следующий день после первого, третий -- через сутки после второго. Однако второй цветок может зацвести тотчас вслед за первым, так что их цветение идет почти одновременно.

Таблица 1. Даты наступления фаз вегетации

1.2 Требование овса к температуре

Овес относится к растениям, наименее требовательным к теплу. Семена его начинают прорастать при температуре 1-2° С. С повышением температуры до 5-6° С период прорастания семян значительно сокращается. Продолжительность периода от посева до всходов изменяется в зависимости от температуры следующим образом: 5° С - 20 дней, 10° С - 10 дней, 15° С - 7 дней и т.д. Требовательность овса к теплу по сумме активных температур следующая: для раннеспелых сортов овса от 1000 до 1500° С, для среднеспелых - от 1350 до 1650° С и для позднеспелых - от 1500 до 1800° С.

Овсе устойчив к временному понижению температуры. Так, растения овса повреждаются и частично гибнут при следующих отрицательных температурах: в фазе всходов при 7-8° С, в фазе цветения и в фазе молочной спелости при 2° С. Гибель большинства растений наступает при -10° С в фазе всходов, в фазе цветения и в фазе молочной спелости при - 4° С.

Высокие температуры овес переносит значительно хуже, чем яровая пшеница и ячмень. Под влиянием высоких температур (около 40° С) и сухости воздуха нарушается нормальная работа устьиц листа. У овса это нарушение наблюдается при воздействии на растение температуры 30-40° С в течение 4-5 часов.

1.3 Требование овса к влаге

Овес относится к числу влаголюбивых культур. Он переносит засуху хуже, чем яровая пшеница и ячмень. При возделывании овса в районах с недостаточным количеством осадков урожай его резко снижается.

Для набухания и прорастания семян овса нужно много воды. Так, для прорастания семян требуется воды в количестве около 60% от их веса (Подгорный, 1963).

Потребность и воде у овса изменяется по фазам развития и роста. При засухе в период грубкования -- выметывания урожай зерна овса резко снижается. Для установления зависимости урожая овса в нечерноземной зоне европейской части бывшего СССР от метеорологических условий и, в частности, от количества выпадающих осадков Е.А. Мызина (1971) использовала наблюдения 58 государственных сортоучастков за 1954-- 1965 гг. Материалы наблюдений по 154 годостанциям были обработаны на ЭВМ. Полученные результаты показали, что в этой зоне на урожай овса наибольшее влияние оказывают метеорологические условия в период кущения -- выметывания. Для получения высоких урожаев овса в- этот период необходимы достаточное количество осадков и пониженная температура воздуха. Повышенное количество осадков за период кущения-- выметывания увеличивает высоту растений.

Причиной резкого снижения урожая при наступлении засухи в критический период является не только торможение роста, но и торможение процессов генеративного развития. За последние годы накоплен большой материал, показывающий, что действие засухи в критический период отрицательно сказывается на развитии пыльцы.

Н.М. Тулайков в результате многолетних исследований пришел к выводу, что транспирационные коэффициенты изменяются в очень больших пределах в зависимости от погоды в течение вегетационного периода и могут выражать только общую потребность растений в воде.

1.4 Требование к элементам питания

В отношении питательного режима овес предъявляет меньшие требования по сравнению с яровой пшеницей и ячменем. Нередко овес в севообороте размещают в последнем поле. Однако для получения высокого урожая этой культуры необходимо значительное количество питательных веществ.

Характерным для овса является длительный период поступления в растение питательных веществ. В первый период роста овес резко реагирует на внесение азотных удобрений. Потребность в фосфоре особенно проявляется на первых этапах роста, до образования вторичной кормовой системы; в последующие фазы развития фосфор поглощается более или менее равномерно. Потребность в калии одинакова во все периоды роста.

Поступление питательных веществ в растение овса связано с развитием его корневой системы. Количество корневой массы у овса изменяется в зависимости от величины урожая. При увеличении урожая овса с 16 до 30 ц с 1 га количество корневой массы повысилось с 10 до 19 ц на 1 га.

Таблица 2. Вынос питательных веществ урожаем овса

Длина корней овса превосходит длину корней ячменя почти в 2 раза. Н.З. Станков определил длину корней и вычислил объем прикорневого слоя почвы - то есть зоны, где происходит процесс поглощения. Было установлено, что у овса зона поглощения значительно больше, чем у ячменя, его корни почти полностью охватывают весь объем поверхностного слоя почвы.

1.5 Требование овса к почве

Потребность в кислороде надземных частей овса полностью удовлетворяется кислородом воздуха. Большое значение имеет обеспечение кислородом подземных частей растений. Можно считать, что в среднем на 1 г урожая за сутки потребляется корнями 1 мг кислорода. При урожае зерна 40 ц с 1 га суточное потребление корнями кислорода составит 16 кг на 1 га, что соответствует 20 куб. м воздуха. Принимая объем пахотного слоя почвы на одном гектаре примерно за 2000 куб. м, ориентировочно можно считать, что для суточного обеспечения урожая необходимо содержание кислорода в почве пахотного слоя в количестве 1 % к ее общему объему.

Воздушный режим почвы теснейшим образом связан с ее структурой. При разработке системы агротехники в севообороте необходимо предусматривать улучшение структуры почвы, обеспечивающей нормальное развитие процессов ее дыхания.

1.6 Отношение овса к свету

Важнейшим вопросом являются установление степени использования овсом солнечной энергии и разработка приемов ее повышения. Использование солнечной энергии сельскохозяйственными культурами изучалось А.Г. Дояренко на опытном поле ТСХА. Автор периодически определял путем сжигания в калориметрической бобме калорийность растений, раздельно для корней, стеблей, листьев и зерна. По величине инсоляции на 1 кв. м поверхности земли и количеству энергии в урожае была определена степень использования (технический коэффициент) солнечной энергии растением. Ниже приведены данные опытов А. Г. Дояренко по усвоению солнечной энергии овсом: приход солнечной энергии на 1 кп. м посева овса за вегетационный период. 248 300 ккал, технический коэффициент использования солнечной энергии... 2,87 %.

В среднем за 3 года исследования коэффициент использования солнечной энергии овсом (сорт Шведский селекционный) был 2,74%.

Накопление наибольшего количества сухого веществ отмечается в фазы молочной и восковой спелости затем оно снижается из-за отсыхания листьев.

По мере того как накапливается урожай, увеличивается и количество связанной энергии в растениях овса. Наибольшее количество связанной энергии наблюдается в фазе молочной и восковой спелости. Причем растения, выращенные на повышенном фоне, связывали энергии значительно больше, чем растения на обычном фоне. (В зерне овса, полученном на повышенном фоне, в фазе восковой спелости было накоплено около 18 млн. кг калорий на 1 га, на среднем фоне -- около 12 млн. кг калорий на 1 га.

Коэффициент использования солнечной энергии урожаем овса на высоком агрофоне возрастает: в урожае зерна в фазе восковой спелости при возделывании на повышенном фоне он был равен 1,73% от поступившей энергии, при выращивании на обычном фоне--1,16%; для целого растения коэффициент использования солнечной энергии был соответственно 3,00 и 2,01%.

Для успешного развития растений овса в первый период жизни необходимо преобладание в солнечном спектре длинноволновой радиации и сравнительно малое количество коротковолновой, что свойственно низкому солнцестоянию в утренние и вечерние часы. Для нормального роста и развития овса в более поздние фазы нужна более высокая интенсивность света с преобладанием в ней коротковолновых лучей.