Лекция 2. Факторы жизни растений и законы научного земледелия

Растения тесно связаны с окружающей средой, и для нормального роста и развития растений необходимы свет, тепло, вода, воздух, питатель­ные вещества.

К.А. Тимирязев неоднократно подчёркивал, что высшего урожая растение достигает при непрерывном притоке всех необходимых факторов жизни в оптимальном количестве и в соответствии с потребностями каждого вида и сорта. Д.Н. Прянишников также отмечал, что действие каждого из необходимых факторов жизни растений зависит от количества и интенсивности других факторов и от их совокупного действия на растение.

Ни один фактор не может быть заменен другим, и по своему физиологическому действию все они имеют равное значение для жизни растения. Нельзя, например, свет заменить теплом, а влагу – питательными веществами; для растения все факторы жизни одинаково важны.

Урожай растений ограничивается тем фактором, который оказывается в минимуме, он станет возрастать лишь при оптимальном количестве каж­дого жизненного фактора.

 

 

Таблица 3

Производственная и ботанико-биологическая группировка полевых культур

Группа культур по характеру использования получаемой продукции	Биологические группировки	Полевые культуры
1. Зерновые	Зерновые хлеба (озимые и яровые) Зерновые хлеба яровые и растения других семейств Зернобобовые	Пшеница, рожь, ячмень, гречиха Кукуруза, просо, сорго, рис, гречиха Горох, кормовые, бобы, чечевица, чина, нут, фасоль, соя, люпин
2. Корнеплоды, клубнеплоды, бахчевые	Корнеплоды     Клубнеплоды   Бахчевые	Сахарная свекла, кормовая свекла, морковь, брюква, турнепс Картофель. земляная груша (топинамбур) Арбуз, дыня, тыква
3. Кормовые культуры	Бобовые травы многолетние Злаковые травы многолетние Бобовые травы однолетние Злаковые травы однолетние	Клевер, люцерна, эспарцет и др. Тимофеевка, овсяница, житняк и др. Вика, сараделла и др. Суданская трава, могар, райграс
4. Масличные и эфиромасличные культуры	Масличные     Эфиромасличные	Подсолнечник, сафлор, горчица, рапс, рыжик, клещевина, кунжут, мак масличный, арахис, перилла, ляллеманция Кориандр, анис, тмин, мята перечная, шалфей мускатный
5. Прядильные	Растения с волокном на семенах Лубоволокнистые	Хлопчатник   Лен, конопля, кенаф
6. Наркотические		Табак, махорка

Свет. Одна из главных задач растениеводства – рациональное использование энергии солнечных лучей. На свету, используя лучистую энергию солнца, растения при помощи хлорофилла могут создавать из неорганических веществ органические. Процесс усвоения зелеными растениями световой энергии и использование ее для образования органических веществ из углекислого газа и воды называют фотосинтезом: 6СО₂ + 6Н₂О > С₆Н₁₂О₆ + 6О₂. Этим растения коренным образом отличаются от всех других организмов на Земле, являющихся потребителями органических веществ.

Решающую роль для роста, развития и урожая сельскохозяйственных культур играют интенсивность и спектральный состав света, а также продолжительность светового дня.

Спектральный состав света влияет на рост и развитие растений. Красные и оранжевые лучи – основной вид энергии для фотосинтеза, они задерживают переход к цветению. Синие и фиолетовые участвуют в фото­синтезе, стимулируют образование белков, морфогенез, переход к цветению растений короткого дня, замедляя развитие растений длинного дня. Желтые и зеленые лучи минимально физиологически активны. Длинные ультрафиоле­товые лучи задерживают вытягивание стебля, средние – повышают холодостойкость, способствуют их закаливанию и т.д.

Отношение растений к длине дня называют фотопериодизмом. Одни культуры (просо, сорго, рис, огурец и т.д.) нормально развиваются только при коротком дне, их развитие задерживается при увеличении дня свыше 10–12 ч. Длиннодневные (рожь, овес, пшеница) не цветут при коротком дне (менее 16–18 ч). Таким образом, свет – не только источник энергии, необходимой для создания и накопления биологической массы, он одновременно регулятор роста и развития.

Для получения высоких урожаев необходимо создавать посевы оптимальной структуры, наиболее полно поглощающие и использующие солнечную радиацию. Основными органами поглощения солнечной энергии служат листья. Поэтому необходимо создавать посевы с оптимальной площадью листьев. Оптимальной структурой обладают посевы, в которых площадь листьев быстро увеличивается до 40 тыс. м²/га и долго сохраняется на данном уровне, т.е. они имеют высокий фотосинтетический потенциал (ФП), м²/га за день. Для определения возможного урожая необходимо знать чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) – количество абсолютно сухого вещества, синтезируемого 1 м² листьев за сутки. В продуктивно работающих посевах ЧПФ достигает 5–7 г/м² в сутки.

Для регулирования освещенности посевов применяют соответствующую агротехнику. Большую роль играет направление рядов к сторонам света. При направлении рядов с севера на юг урожай зерновых на 0,2–0,3 т/га выше, чем при расположении с запада на восток, в результате лучшего освещения растений утром и вечером и затенения их друг другом в жаркие полуденные часы.

Норма посева – важный фактор в формировании густоты стояния растений на единице площади. Занижение и завышение нормы посева существенно влияют на формирование площади листьев и в конечном счете – на урожай.

Тепло. Физиологические процессы в растении протекают только при определенном количестве тепла. Потребность в тепле различна не только у растений, относящихся к разным семействам, но у одной и той же культуры в те или иные фазы развития. Для каждой фазы роста и развития существуют свои минимальные, оптимальные и максимальные температуры. Для завершения полного цикла развития растение должно получить определен­ную сумму активных температур за вегетационный период. Установлено, что для нормального роста к развития большинства культур сумма среднесуточных активных температур (свыше 5˚С) должна составлять не менее 1600 ˚С в год.

Пониженные температуры культуры лучше всего переносят в фазе наклюнувшихся семян, в дальнейшем, по мере роста и развития, резко снижают устойчивость к ним. Наступление заморозков в весенний период может сильно повредить проросткам.

Агротехнические методы регулирования теплового режима для каждой зоны нашей страны могут быть не только различными, но и даже противоположными. В северных районах почти все приемы агротехники направлены на повышение температуры почвы и быстрейшее ее прогревание, а на юге – на ее снижение.

Ранневесеннее боронование и рыхление почвы усиливает её прогревание. Применение посадок и посевов на гребнях и грядах способствуют уменьшению влажности почвы и лучшему ее прогреванию в северных рай­онах. Большое значение при регулировании температурного режима почвы имеет снегозадержание (особенно на посевах озимых культур) и посадка полезащитных лесных полос, снижающих скорость ветра и испарение с поверхности почвы.

Применение навоза, особенно в парниках, теплицах позволяет использовать тепло, выделяемое микроорганизмами при разложении органического вещества и получать раннюю рассаду овощных.

По сочетанию суммы температур (от посева до созревания) выше 10°С выделяют холодный (менее 1200°С), умеренный (1200–4000°С) и теплый (4000–8000°С) агроклиматический пояса.

Вода. Установлено, что из 1000 частей воды, прошедшей через растения, только 1,5–2 части расходуются на питание, а остальная влага испаряется через листья. Вода участвует в фотосинтезе и других процессах, происходящих в растениях, благодаря воде поддерживается устойчивая температура в растении, предупреждается перегрев ее солнцем. Испарение воды листьями называется транспирацией. Этот процесс зависит от освещенности, температуры и влажности воздуха.

Количество воды, затрачиваемое растением на образование единицы сухого вещества, называют транспирационным коэффициентом (ТК). Мень­ше всего ТК у просовидных хлебов (около 250), несколько выше у зерновых (500–600), самый высокий у многолетних трав (700–800).

В разные периоды роста и развития растений различная потребность во влаге. Периоды наибольшей потребности растений в воде называют критическими. Для озимой ржи, озимой и яровой пшеницы, ячменя и овса – это период выход в трубку–колошение; для сорго и просо – колошение–налив; для ку­курузы – цветение–молочная спелость; для зерновых бобовых и гречихи – цветение; для подсолнечника – образование корзинки–цветение; для картофеля – цветение–клубнеобразование.

Особенно сильно отражается на всех растениях недостаток воды в период образования у них репродуктивных органов.

В исследованиях по растениеводству при учете расхода воды на создание урожая часто используют коэффициент водопотребления – расход воды (м²/ т урожая), который включает как производительный (потребление воды растением), так и непроизводительный расход (испарение с поверхности почвы).

Оптимальная влажность почвы для растений составляет 60–75% от полной влагоемкости почвы. Одной из главных задач земледелия является регулирование водного режима почвы для создания наиболее оптимального соотношения воды и воздуха в ней. Рыхлая и структурная почва впитывают значительно больше осадков, чем уплотненная. Уплотнение почвы приводит к быстрому подтягиванию влаги по капиллярам к поверхности и усиленному испарению воды.

В зависимости от влагообеспеченности территория нашей страны делится на следующие зоны:

1) зона недостаточного увлажнения – среднегодовое количество осадков (Зауралье, Юго-Восток) 150–300 мм;

2) зона неустойчивого увлажнения (ЦЧО) – 300–400 мм;

3) зона достаточного увлажнения (Нечерная зона) – 450–700 мм.

Требования к содержанию СО₂ и О₂ в воздухе. СО₂ – источник углерода для образования органических соединений при фотосинтезе. Его содержание – 0,03%. При оптимальных условиях света, температуры и водного режима растения могут использовать большее количество СО₂ – 0,1–0,3%, что значительно увеличивает интенсивность фотосинтеза и, следовательно, урожай. Это обстоятельство используется при выращивании культур в теплицах. В полевых условиях наличие угле­кислого газа увеличивают, снабжая почву органическими удобрениями.

В процессе дыхания растения потребляют кислород. В приземном слое атмосферы содержание О₂ составляет 21%. Надземные части растений сполна получают кислород, но подземные части обеспечены кислородом не полностью.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа (до 1%, иногда 2–3% и более) и меньшим – кислорода. Обогащение почвенного воздуха углекислым газом происходит главным образом в результате разложения почвенного органического вещества микроорганизмами и дыхания корней. При содержании кислорода в почвенном воздухе менее 8–12% наблюдается угнетение растений, а при уменьшении его содержания ниже 5% растения погибают. Наиболее требовательными культурами к обеспеченности кислородом почвенного воздуха являются корнеклубнеплоды, бобовые и масличные культуры; менее чувствительными – зерновые, частично снабжающие корни кислородом воздуха через воздухоносные полости.

Газообмен в почве происходит постоянно, но его интенсивность зависит от многих причин.

Все агротехнические приемы, способствующие рыхлению пахотного слоя, улучшают газообмен почвы. Они способствуют более активной микробиологической деятельности и быстрейшей минерализации органического вещества, а, следовательно, большему образованию и накоплению усвояемых питательных веществ.

Минеральное питание растений. Минеральное питание играет исключительно важную роль в жизни растений. Научившись управлять этим процессом, человек стал регулировать рост и развитие растений. Задача регулирования пищевого режима состоит в обеспечении растений в каждой фазе роста и развития элементами питания в количествах, необходимых для получения высокого урожая лучшего качества.

К необходимым для высших растений элементам (кроме углерода, водорода и кислорода) относятся макроэлементы – азот, фосфор, сера, калий, кальций и магний; микроэлементы – железо, марганец, медь, цинк, бор, молибден, кобальт.

В состав растений входят почти все известные элементы, однако, многие из них не относятся к необходимым и незаменимым.

Азот, фосфор и калий – важнейшие химические элементы, которые необходимы в большом количестве, и чаще всего именно в них растения испытывают недостаток.

Азот – входит в состав всех белков и нуклеиновых кислот и является составной частью хлорофилла. При недостатке в почве доступного растению азота листья приобретают светлую окраску. В условиях крайнего недостатка азота у растений, особенно у хлебных злаков, наблюдаются следующие признаки азотного голодания: стебли тонкие, листья мелкие, волокнистые; молодые листья имеют слишком светлую, но по мере старения приобретают желтую окраску, рост и кущение слабое.

При недостатке азота в почву вносят азотные удобрения. Лучше всего их вносить ранней весной, так как азот, прежде всего, стимулирует рост вегетативных органов растений. Излишек азота в почве так же вреден, как и его недостаток. При высоких дозах у зерновых культур запаздывают сроки цветения и созревания зерна, кроме того, стимулируется рост вегетативной массы за счет урожая зерна.

Фосфор – играет главную роль во многих ферментных реакциях, входит в состав нуклеиновых соединений, участвует в процессе фотосинтеза и в метаболизме растений.

Причина недостатка доступного растениям фосфора в почве – его низкая растворимость. Он находится в труднорастворимой форме в минералах, главным образом в апатитах, фосфорите и других соединениях. Растворимость фосфатов увеличивается в нейтральных и щелочных почвах и уменьшается в кислых. При недостатке фосфора растения медленно развиваются, у них недоразвиты корни, стебли, листья. Часто листья имеют бронзовый или пурпурный оттенок, стебли тонкие. Зерновые культуры поглощают много фосфора на ранних стадиях роста и развития, поэтому фосфорные удобрения необходимо вносить в почву в момент посева и высадки растений.

Калий – играет большую роль в синтезе аминокислот, важен для нормального хода фотосинтеза: уменьшение концентрации калия в листьях снижает скорость ассимиляции СО_2. При недостатке калия в тканях растений накапливается много азота и образуется мало углеводов, вследствие чего подавляется рост корней, снижается устойчивость к низким температурам. Признаки калийного голодания – укороченные стебли, буреющие и отмирающие ткани (прежде всего края и кончики листьев), узкие морщинистые листья со скрученными краями.

Кальций – необходим для развития меристем. Он входит в состав клеточных стенок. При недостатке кальция в тканях растений в избытке накапливаются другие элементы, что нарушает обмен веществ и снижает рост и темпы развития растений.

Магний – составная часть хлорофилла. Он играет важную роль в перемещении фосфатов в растении.

Натрий – избыток натрия в почве для многих растений вреден, так как, накапливаясь в тканях, он препятствует усвоению других катионов, главным образом, кальция и магния. Однако некоторые растения гораздо лучше растут в присутствии легкодоступного натрия, чем без него. Находясь в виде поваренной соли в тканях растений, натрий способствует накоплению и удержанию воды в клетках, увеличению мясистости и, следовательно, их засухоустойчивости.

Микроэлементы. Кроме азота, фосфора, калия, кальция, магния и других макроэлементов для нормального роста и развития растений необходимы микроэлементы, поглощаемые растениями в очень небольших количествах.

Марганец – необходим для фотосинтеза и дыхания растений, он принимает участие в синтезе аминокислот, протеинов, витаминов, влияет на азотный обмен растений.

Бор – участвует в образовании и поддержании структуры межмолекулярных комплексов биополимеров, прежде всего, белков, нуклеиновых кислот, липидов. Недостаток бора сказывается на меристеме и вообще на активно делящихся клетках. Вследствие этого при борном голодании отмирают кончики корней, конусы нарастания побегов и пр.

Цинк – у растений стимулирует дыхание и входит в состав многих растительных ферментов, активизируя их действие. При недостатке цинка уменьшается активность и скорость биосинтеза нуклеиновых кислот. При цинковом голодании в тканях растений накапливается излишнее количество железа, вследствие чего появляется заболевание «розеточность-мелколистность».

Медь – содержит некоторые ферменты, принимающие участие в окислительно-восстановительных реакциях. Она влияет на азотный и углеводный обмен растений. Медные удобрения необходимы на осушенных торфяниках верховых болот, а также на других бедных медью почвах.

Кобальт – усиливает устойчивость хлорофилла, предохраняет его от разрушения в темноте, способствует активизации фотосинтеза и увеличению листовой поверхности растений. Совместно с молибденом и медью кобальт повышает активность некоторых ферментов, принимает участие в азотном и углеводном обмене растений.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: