Зимосто́йкость, способность растений переносить без значительных повреждений целый комплекс неблагоприятных условий зимы и весны: низкие (отрицательные) температуры, обильный снежный покров, образование ледяной корки, ледяной прослойки в почве, солнечные ожоги (морозобоины), застой талой воды весной. Кроме того, в течение зимы нередки резкие перепады температуры, сопровождающиеся оттепелями, в малоснежные зимы – ветровые нагрузки (суховеи), а в начале весны – возвратные заморозки. Влияние этих неблагоприятных факторов может сопровождаться вымерзанием, выпреванием, выпиранием, вымоканием растений, иногда эти негативные процессы протекают одновременно.

История исследований

В России основные проблемы зимостойкости растений наиболее полно отражены в трудах наших соотечественников – академика АН СССР Н. А. Максимова и его последователя – члена-корреспондента АН СССР И. И. Туманова. В своих исследованиях Максимов показал, что образующиеся кристаллы льда являются основным фактором гибели клеток на морозе, а защитные вещества (например, сахара) могут предотвращать их гибель.Закаливание растений.Закаливание растений. Туманов впервые разделил свойство зимостойкости на её составляющие (устойчивость к действию отрицательных температур, вымоканию, выпреванию, образованию ледяной корки и др.) и раскрыл физиологическую природу этих факторов. В 1940 г. Туманов основал лабораторию зимостойкости в Институте физиологии растений имени К. А. Тимирязева; в последующие 40 лет под его руководством были разработаны теория двухфазного закаливания растений к морозу, теория гибели клеток от внутриклеточного и внеклеточного льда, создана физиологическая модель морозоустойчивого растения.

Повреждающие факторы в зимний период

Действие низких температур

Основными причинами гибели растений при действии отрицательных температур являются превышение критического для данного генотипа уровня обезвоживания (дегидратации) клеток и/или механические повреждения протопласта образовавшимися кристаллами льда. Способность противостоять вымерзанию зависит от успешного прохождения растением закаливания, в ходе которого формируется максимальная для данного генотипа морозоустойчивость.

Выпревание

Озимые посевы пшеницы.Озимые посевы пшеницы.Выпревание наблюдается в тёплые зимы у озимых культур и многолетних травянистых растений, находящихся более 2 месяцев под толстым снежным покровом, где отсутствует свет, а температура близка к 0 °С. В этих условиях интенсивность дыхания растений возрастает, что приводит к резкому расходованию сахаров и других питательных веществ, накопленных во время осеннего закаливания. К весне такие растения ослабевают, легче подвергаются болезням, а при возвратных заморозках могут погибнуть.

Выпирание

Выпирание озимых культур происходит при замерзании воды, которая впиталась в почву во время зимней оттепели. Замёрзшая вода образует ледяную прослойку в верхних слоях почвы. При замерзании вода расширяется, ледяная прослойка приподнимается вместе со слоем почвы, что приводит к разрыву корней у растений. Весной при таянии ледяной прослойки почва оседает и растения оказываются на поверхности почвы, где могут погибнуть от недостатка влаги. Такие посевы рекомендуется прикатывать, не дожидаясь высыхания почвы.

Вымокание

При быстром таянии снега вода не успевает впитываться в замёрзшую почву и затопляет растения, при этом создаётся недостаток кислорода в почве, что приводит к развитию у них гипоксии, следствием которой является усиление анаэробного дыхания, в результате чего образуются токсичные вещества. В условиях гипоксии при температуре 7 °С затопленные растения могут жить не более 1 недели, при температуре 20 °С – всего 1 день.

Ледяная корка

Если после таяния снега наступает сильный мороз, то талая вода замерзает и образует над растениями ледяную корку, которая может стать причиной их гибели, поскольку лёд непроницаем для кислорода. В случае образования сплошной ледяной корки растения вмерзают в лёд и погибают от механических повреждений, усиления действия низких температур и нарушения аэрации. Одним из способов, ускоряющих таяние ледяной корки, является обработка поверхности тонким слоем почвы, торфа, золы и др.

Солнечные ожоги

Ожоги появляются на стволах растений, находящихся на южной стороне, вследствие их нагрева солнечными лучами и последующего повреждения ночными морозами. Из-за резкого перепада температуры на стволах образуются раны (морозобоины), в которые весной попадает инфекция.

Зимняя засуха

Растения перезимовывают без листьев (основные транспирирующие органы), однако с поверхности ветвей и стволов через чечевички вода продолжает испаряться, поскольку в солнечную погоду они сильно нагреваются. Учитывая, что из замершей почвы корни не могут поглощать воду, к концу зимы побеги могут потерять до 50 % воды, особенно при продолжительных, сильных ветрах и в солнечные дни. От зимней засухи также страдают озимые культуры, надземная часть которых при отсутствии снежного покрова ранней весной нагревается. При этом транспирация усиливается, а корневая система поглощать воду из замёрзшей почвы не может, в результате происходит обезвоживание листьев и их завядание, затем высыхание узлов кущения, что заканчивается гибелью растений.

Основные аспекты зимостойкости

Зимостойкость определяется устойчивостью растений к повреждающим факторам, к основным проявлениям которых относятся образование кристаллов льда при отрицательных температурах, недостаток кислорода (гипоксия) и механические повреждения. Морозоустойчивость – один из самых изученных факторов зимостойкости – является главным компонентом успешной перезимовки растений.

Зимостойкость возникла в процессе эволюции (в умеренном поясе, например, – в результате закаливания растений в течение осени, когда температура снижается и укорачивается световой день) и закрепилась наследственно. Зимостойкость зависит не только от генотипа, возраста и стадии развития растений, но также от условий закаливания, типа, структуры и состояния почвы. Максимальной зимостойкостью растения обладают в декабре – январе, с наступлением весны она резко снижается, в связи с чем возвратные заморозки могут повредить или даже погубить их.

Зимостойкость обеспечивается резким снижением темпов роста, сбрасыванием листвы и переходом растений в состояние глубокого покоя, бόльшим запасом защитных веществ (сахаров и других совместимых осмолитов – низкомолекулярных органических соединений), изменением состава мембранных липидов, прочностью корней к механическим разрывам и др.

Мероприятия по обеспечению зимостойкости растений

Повысить зимостойкость позволяют правильный выбор сроков посева и последующий своевременный уход за растениями в период вегетации (внесение комплексных удобрений, улучшение структуры почвы, недопущение недостатка влаги в почве, борьба с болезнями и вредителями, побелка стволов и скелетных ветвей и др.). Все агротехнические приёмы необходимо корректировать в зависимости от генотипа (сорта) и региона выращивания. При посадке плодовых деревьев предпочтение нужно отдавать районированным в данном регионе сортам; в зимний период при небольшом снежном покрове – проводить снегозадержание, укрытие корневой системы лапником, особенно при выращивании молодых плодовых деревьев. Молодые хвойные растения следует укрыть спанбондом во избежание солнечных ожогов и морозобоин.

Методы оценки зимостойкости растений разнообразны, они постоянно совершенствуются, но все их можно разделить на 2 группы – полевые и лабораторные. Полевые испытания являются наиболее точным методом оценки зимостойкости генотипа (сорта), основанным на подсчёте числа перезимовавших растений, но для достоверной оценки полевые испытания важно проводить в течение нескольких зимних периодов. Из лабораторных методов оценки зимостойкости наиболее известны следующие: метод диагностики состояния зимующих растений в монолитах (т. н. метод монолитов); метод определения степени повреждения побегов после тестирующего промораживания визуально (по бальной шкале) и/или на основании анализа различных биохимических показателей.

В селекции озимых зерновых культур зимостойкость является приоритетным признаком при отборе линий, поскольку гибель посевов в отдельные годы превышает 50 %. Подбор и селекцию сортов растений проводят для условий перезимовки в конкретной климатической зоне или регионе.