К зерновым культурам относят однодольные растения семейства мятликовых (злаков): пшеницу, рожь, ячмень, овес, кукурузу, рис, просо, сорго, а также гречиху из семейства гречишных. Все эти культуры выращивают прежде всего для получения зерна — основного продукта сельского хозяйства, из которого изготовляют хлеб, крупу, макаронные и кондитерские изделия и др. Зерно идет также на корм животным в чистом виде и в различных смесях — комбикормах; на технические цели: из него вырабатывают крахмал, аминокислоты, лекарственные средства, спирты и другие изделия. Побочную продукцию — солому и полову — используют в основном как корм и на подстилку скоту. Многие зерновые культуры, особенно в смеси с бобовыми, выращивают для получения зеленого корма, сена, сенажа, силоса.
Пшеница и рожь — основные продовольственные хлебные культуры; ячмень, овес, кукуруза, сорго относят к зернофуражным; рис, гречиху и просо — к крупяным культурам. В СССР получена новая зернокормовая культура — тритикале (гибрид пшеницы и ржи).
Зерно отличается очень высокой питательностью и калорийностью, хорошо хранится, удобно для перевозок и переработки. Эти качества зерна были известны человеку в глубокой древности, и потому зерновые культуры стали основой развития растениеводства. Пшеница известна с 7-го тысячелетия до н.э., рис — с 3-го тысячелетия до н.э.; одно из древнейших растений — кукуруза, которую местное население Америки выращивало с незапамятных времен.
В наше время более половины всей пашни земного шара, свыше 750 млн. га, занято посевами зерновых культур. Их выращивают на всех континентах. В СССР зерновыми культурами засевали более 125 млн. га. Среднегодовое производство зерна в десятой пятилетке составило 205 млн. т.
Отрасль сельского хозяйства, занимающаяся возделыванием зерновых культур для получения зерна, называется зерновым хозяйством.
Биологические особенности всех хлебных злаков имеют много общего. Корневая система их мочковатая. Различают корни первичные (зародышевые) и вторичные (основные), 80—90% корней располагается в пахотном слое почвы. У гречихи корневая система стержневая, она проникает на большую глубину, но разветвляется в основном также в поверхностном слое почвы.
Стебель (соломина) у хлебных злаков в большинстве случаев полый, у него 5—7 стеблевых узлов и междоузлий. Высота стебля — от 50 до 200 см, а у кукурузы и сорго больше. Селекционеры стремятся выводить сорта зерновых (карликовые и полукарликовые) с прочной и короткой соломиной, чтобы предотвратить полегание растений. У гречихи стебель обычно ветвистый, высотой от 30 до 150 см, красноватого цвета. Лист у зерновых злаков линейный, а у гречихи стреловидный.
У хлебных злаков соцветие — колос (пшеница, ячмень, рожь) или метелка (овес, просо, рис, сорго). У кукурузы мужское соцветие метелка, а женское — початок. Соцветие у гречихи — кисть. Цветки у всех зерновых культур, кроме кукурузы, обоеполые. Рожь, кукуруза, сорго, гречиха — растения перекрестноопыляющиеся. Пыльцу переносит ветер, а гречиха опыляется в основном насекомыми (чаще пчелами). Остальные культуры самоопыляющиеся.
Плод у хлебных злаков — голая или пленчатая зерновка (зерно), а у гречихи—трехгранный орешек. В сельскохозяйственном производстве его тоже называют зерном.
Химический состав зерна зависит от вида и сорта растения, почвенно-климатических условий, агротехники. Например, в условиях сухого жаркого климата в зерне пшеницы повышенное содержание белка (до 18%), а в зоне с умеренным климатом и при обилии осадков — пониженное.
Содержание белка в зерне составляет от 10 до 18% (иногда выше). Больше всего белка у пшеницы, особенно сильных и твердых сортов, меньше — у ржи, гречихи и риса. Углеводов в зерне накапливается в среднем от 60 до 80%. Это в основном крахмал. Больше всего углеводов содержат рис, рожь, кукуруза и гречиха.
Содержание жиров различно. Например, в зерне овса без пленок жиров до 7%, кукурузы — 4%, а риса без пленок — только 0,4%. Неодинаково и количество зольных веществ: в зерне риса — 0,8%, а проса — 2,7%. Нормальное содержание воды в зрелом зерне колеблется в пределах 12—16%.
Рост и развитие зерновых происходят по фазам. У большинства злаков такие фазы. Всходы—первые зеленые листья появляются на 7—10-й день после посева семян. Кущение — еще через 10—20 дней у растений появляются первые боковые побеги и вторичные узловые корни. Выход в трубку — через 12—18 дней после кущения начинается рост нижних междоузлий, растет стебель. Колошение (выметывание метелки) — на верхушке стеблей появляются соцветия. Цветение и созревание — завершающие фазы. Для определения созревания или спелости зерна выделяют три фазы: молочную, восковую и полную спелость. В фазе молочной спелости зерно имеет зеленую окраску и содержит до 50% воды. Зерно восковой спелости подсыхает, становится желтым, а содержимое его — пластичным, как воск. Это период раздельной уборки урожая. При полной спелости зерно затвердевает, оно легко высыпается из цветочных чешуек. В этой фазе спелости зерна урожай убирают только прямым комбайнированием.
Хлебные злаки делят на яровые и озимые. Озимые хлеба (озимую пшеницу, озимую рожь и озимый ячмень) сеют в конце лета или в начале осени до наступления устойчивых заморозков. Урожай собирают на следующий год. В начале роста и развития им необходимы пониженные температуры (от 0 до 10°). Яровые растения проходят начальные фазы развития при повышенных температурах (от 10—12 до 20°), поэтому их высевают весной и в том же году получают урожай зерна. Озимые хлеба по сравнению с яровыми более продуктивны, так как они лучше используют осенние и зимне-весенние запасы влаги и элементы питания. Осенью они образуют хорошо развитую корневую систему и листовую поверхность. Однако озимые страдают от неблагоприятных условий зимовки: сильных морозов, смены оттепелей и заморозков, ледяной корки, обилия снега и талых вод. В районах, где бывают суровые малоснежные зимы, частые осенние засухи, например в Заволжье, на Южном Урале, в Сибири, Северном Казахстане, озимые почти не возделывают.
Размещение зерновых культур связано прежде всего с их биологическими особенностями и почвенно-климатическими условиями. В европейской части широко распространены озимые культуры, причем в северных районах с более суровыми зимами возделывают преимущественно озимую рожь — наиболее зимостойкую культуру; в центральных, западных и южных — озимую пшеницу и в самых южных, кроме того, — озимый ячмень.
Основные районированные сорта озимой ржи — Вятка 2, Омка, Саратовская крупнозерная, Харьковская 55, Харьковская 60, Белта, Восход 2, Чулпан (короткостебельный). Основные сорта озимой пшеницы — Безостая 1, Мироновская 808, Ильичевка, Одесская 51, Полесская 70, Краснодарская 39, Прибой, Зерноградка, Ростовчанка.
Яровая пшеница — основная зерновая культура степных засушливых районов Поволжья, Урала, Сибири, Казахстана. Основные сорта — Харьковская 46, Саратовская 29, Саратовская 42, Новосибирская 67, Московская 21.
Яровые ячмень и овес выращивают почти повсеместно. Районированы сорта Винер, Московский 121, Нутанс 187, Донецкий 4, Донецкий 6, Луч, Альза, Надя. Основные сорта овса — Льговский 1026, Золотой дождь, Победа, Орел, Геркулес.
Кукуруза и сорго — теплолюбивые культуры, и их распространение ограничено южными районами и средней полосой страны. Основные сорта и гибриды кукурузы — Чишминская, Воронежская 76, Буковинский ЗТВ, Днепровский 56ТВ, Днепровский 247МВ, ВИР 25, ВИР 24М, ВИР 156ТВ, Краснодарская 1/49, Одесская 10.
Сорго как солеустойчивая и засухоустойчивая культура имеет преимущества на засоленных почвах и при недостатке влаги. Районированы сорта сорго Украинское 107, Красный янтарь.
Просо отличается повыше ной потребностью в тепле и засухоустойчивостью, поэтому его возделывают в районах с теплым климатом. Выращивают сорта Саратовское 853, Весело-подолянское 38, Мироновское 51.
Рис требует много тепла и влаги. Рисовые поля — чеки — сплошь затопляют водой. В нашей стране рис выращивают в основном на Северном Кавказе, юге Украины, в Поволжье, Средней Азии, Приморском крае, на юге Казахстана. Районированы сорта Дубовский 129, Кубань 3, Краснодарский 424, Узрос 59.
Гречиха — культура теплолюбивая и влаголюбивая. У этого растения сравнительно короткий вегетационный период, и поэтому ее возделывают главным образом в зоне умеренного климата, а также как повторную культуру на юге при орошении. Основные сорта — Богатырь, Казанский местный, Калининская, Юбилейная 2.
Зерновые культуры, кроме риса, выращивают в нашей стране без полива, но в районах с развитым орошением они занимают значительные площади поливных земель. Это в основном озимая пшеница и кукуруза, которые при поливе дают урожаи зерна 50—100 ц/га и больше.
Агротехника зерновых культур различна, но имеет и много общего. При размещении в севообороте прежде всего их разграничивают на озимые и яровые, пропашные и сплошного (рядового) посева, ранние и поздние. Озимые размещают после раноубираемых культур, особенно бобовых, по чистым и занятым парам. Они лучше, чем яровые, переносят повторные посевы, меньше страдают от сорняков. Яровые зерновые лучше всего размещать после пропашных культур, озимых, многолетних трав и зернобобовых. В засушливых районах основную зерновую культуру — яровую пшеницу — размещают по чистому пару 2 года подряд. Затем рекомендуется высевать яровой ячмень. Высокие урожаи зерна после многолетних трав дает просо. Лучшие предшественники кукурузы — озимые, пропашные и зернобобовые. Гречиха хорошо удается после удобренных озимых и пропашных культур. Рис возделывают на рисовых оросительных системах в специальных рисовых севооборотах. В них бессменные посевы риса (3—4 года) чередуют с посевами люцерны, озимых и некоторых других культур, а также с занятым паром.
Основная обработка почвы под яровые зерновые культуры обычно состоит из зяблевой обработки осенью (в зоне с достаточным увлажнением плугами с предплужниками на глубину пахотного слоя, в степных засушливых районах — плоскорезными орудиями). Чтобы снизить испарение влаги, весной в зонах достаточного увлажнения почву под яровые культуры боронуют зубовыми боронами, а в засушливых степных районах — игольчатыми. Затем после появления сорняков поля культивируют 1—3 раза в зависимости от срока посева культуры и засоренности. В степных засушливых районах предпосевную культивацию под яровую пшеницу обычно проводят вместе с посевом. Одновременно на поля вносят удобрения. Для этого созданы комбинированные агрегаты. Обработку почвы под озимые проводят после уборки предшественников. Часто, особенно при недостатке влаги в почве, целесообразна поверхностная обработка (на 10—12 см) дисковыми или плоскорезными орудиями.
Сеют зерновые в оптимальные сроки, которые устанавливают научно-исследовательские учреждения для каждой культуры и сорта по всем зонам страны. Поля засевают высококачественными семенами районированных сортов и гибридов. Нормы высева семян по культурам и сортам сильно различаются, они также устанавливаются научно-исследовательскими учреждениями для каждой зоны. Например, на гектар высевают яровой пшеницы 120—250 кг зерна, а кукурузы — 15—25 кг.
Культуры сплошного посева сеют рядовыми зерновыми или зернотуковыми сеялками, а пропашные, например кукурузу, — сеялками точного высева. Одновременно вносят удобрения. В засушливых степных районах зерновые культуры сеют стерневыми сеялками при одновременной культивации. При рядовом посеве расстояния между рядками растений — 15 см, узкорядном — 7—8 см.
Гречиху и просо часто сеют широкорядным способом, расстояние между рядками растений составляет 45—60 см, чтобы можно было проводить междурядную обработку почвы для ее рыхления и уничтожения сорняков.
Семена проса, сорго заделывают в землю на глубину 2—4 см, кукурузы — до 8—10 см. Чем меньше влажность верхнего слоя почвы, тем глубже заделывают семена.
Чтобы получать высокие урожаи, под все зерновые культуры вносят органические и минеральные удобрения. Основное внесение удобрений — главным образом органических и минеральных фосфорно-калийных — лучше всего проводить осенью под зяблевую обработку. В рядки при посеве вносят гранулированные фосфорные и азотные удобрения. Для подкормок в период вегетации, особенно в ранние фазы развития, — азотные и фосфорные. Дозы рассчитывают по данным агрохимических картограмм, в зависимости от потребностей растений в питательных веществах и запланированного урожая. Очень важны осенняя и весенняя азотная и азотно-фосфорная подкормки озимых.
При необходимости применяют химические средства борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений (см. Пестициды, Гербициды). На орошаемых землях проводят поливы посевов во время основных фаз развития растений. Для гречихи, проса и кукурузы основной уход — рыхление междурядий одновременно с подкормкой, уничтожение сорняков. На посевы гречихи во время цветения вывозят пчел для опыления.
Современная индустриальная технология возделывания зерновых культур, основанная на комплексной механизации всех процессов, позволяет полностью отказаться от применения ручного труда.
Убирают урожай зерновых культур раздельным способом (скашивание массы в валки жатками, подбор и обмолот валков комбайнами) и прямым комбайнированием. Раздельный способ позволяет начинать уборку зерна восковой спелости и значительно снизить потери. Початки кукурузы убирают чаще кукурузоуборочными комбайнами. Лучший метод организации уборки урожая зерна — поточный — путем создания машинных уборочно-транспортных комплексов. Впервые его применили в Ипатовском районе Ставропольского края, и потому он получил название — ипатовский метод.
Основной путь увеличения производства зерна — повсеместное повышение урожайности, а также его качества.