Тема 2. Основные законы и системы земледелия

 

Факторы жизни растений

 

Факторы жизни растений подразделяются на космические и земные. К космическим относятся свет и тепло, к земным — вода, воздух и питательные вещества. Космические факторы имеют существенные особенности, так как практически не регулируются в земледелии.

Свет обеспечивает растениям необходимую энергию, которую они используют в процессе фотосинтеза для создания органического вещества. Значение света в жизни растений впервые изучил выдающийся русский ученый К.А. Тимирязев. Он доказал, что растения используют не все лучи солнечного света, а лишь с определенной длиной волны.

Свет не только жизненно важный, но и лимитирующий фактор, как при минимальном уровне, так и при максимальном. Под термином свет подразумевается весь диапазон солнечного излучения, представляющий поток энергии с длинами волн от 0,05 до 4000 нм (1 нанометр = 10^-6мм).

 

а) Спектр света и значение разного типа излучений

Спектр света делится на несколько областей:

<150 нм – ионизирующая радиация – < 0,1%;

150-400 нм – ультрафиолетовая радиация (УФ) – 1-10%;

400-800 нм – видимый свет – 45%;

800-4000 нм – инфракрасная радиация (ИК) – 45%.

 

Количество ее колоссально: ежеминутно Земля получает 2 кал/см2 (1,39×103дж/м2×сек). Эта величина называется солнечной постоянной. Но не вся лучистая энергия достигает земной поверхности.

Растительный покров воспринимает солнечную радиацию, прошедшую сквозь атмосферу и значительно измененную по количеству и составу. 42% всей падающей радиации (33%+9%) отражается атмосферой в мировое пространство,15%поглощается толщей атмосферы и идет на нагревание и только 43% достигает земной поверхности.

В спектре солнечных лучей выделяют область фотосинтетически активной радиации (ФАР), используемой растениями в процессе фотосинтеза. Это лучи с длиной волны 380—710 нм.

 

Продуктивность растений определяется притоком ФАР и коэффициентом использования ее на фотосинтез. Культурные растения используют лишь незначительную часть ФАР — 0,5-2 %.

Посевы сельскохозяйственных культур по использованию ФАР можно разделить на следующие группы, %:

обычные — 0,5-1,5;

хорошие — 1,5-3; рекордные — 3,5-5 и теоретически возможные — 6-8.

Причины снижения коэффициента использования ФАР: слабое развитие растений из-за плохой обеспеченности элементами питания, их недостаток или избыток, загущенные или изреженные посевы, засоренность полей сорняками, поражение болезнями и вредителями, нарушение технологии возделывания и др.

Культурные растения предъявляют различные требования к продолжительности и интенсивности освещения.

Одни требуют более длительного освещения и относятся к культурам длинного дня (пшеница, рожь, овес, ячмень).

Другие же культуры ускоряют плодоношение при менее продолжительном освещении и их относят к растениям короткого дня (просо, кукуруза, гречиха).

 

По отношению к интенсивности освещения различают культуры светолюбивые, менее светолюбивые, теневыносливые.

Для светолюбивых важным условием является интенсивное, но менее продолжительное освещение, чем для менее светолюбивых.

К теневыносливым относятся культуры, которые могут некоторое время без последствий находиться в затенении, особенно на начальных стадиях развития. Их высевают под покров других, более светолюбивых. К ним относятся в основном многолетние растения, например, многолетние травы.

Для регулирования освещенности посевов применяют соответствующую агротехнику. При этом большое значение имеет правильное направление рядков к сторонам света, т. е. с севера на юг.

Освещенность регулируется также густотой и способами посева и размещения растений на поле (узкорядное, широкорядное). Важное условие — норма высева, поскольку от нее зависит густота стояния растений на единице площади.

 

Тепло. Главным источником тепла для растений является солнечная радиация. Важное условие для проявления жизнедеятельности растений — температура окружающей среды. Сельскохозяйственные растения предъявляют различные требования к теплу.

По этому показателю они подразделяются на теплолюбивые, семена которых прорастают при температуре почвы 8-12 С, нуждаются в сумме активных (более 10 °С) среднесуточных температур воздуха 3000-4000 °С

и холодостойкие, семена которых прорастают при температуре почвы 2-5 °С и за весь вегетационный период им нужна сумма активных среднесуточных температур воздуха 1200-1800 °С.

 

Такие теплолюбивые культуры, как огурец, томаты, бахчевые повреждаются, а иногда и полностью отмирают при положительных температурах +3-+7 °С.

Несколько устойчивее к влиянию низких положительных температур гречиха, кукуруза, картофель.

Овес, ячмень, рожь, пшеница, свекла, капуста относятся к холодоустойчивым культурам и при положительных температурах 3-5 °С у них не обнаруживается признаков повреждения и практически не снижается продуктивность.

Среди холодостойких культур выделяются морозоустойчивые, способные переносить относительно низкие температуры (от -18 до -24 "С и ниже). К этой группе культур относятся озимые зерновые, многолетние травы.

 

Для подавляющего большинства сельскохозяйственных культур Беларуси оптимальна температура — 20-23 °С, а каждый период жизни разных групп растений характеризуется своим интервалом оптимальных температур, при которых наиболее интенсивно протекают биохимические процессы.

 

Таблица 1 Потребность растений в тепле, °С

Культура	Прорастание семян	Появление всходов	Заморозки, повреждающие всходы	Оптимальная температура, °С	Сумма активных температур за вегетационный период, °С
Озимая рожь	1-2	3-4	-	15-20	1300-1400
Ячмень	1-2	4-5	7-8	15-22	1150-1400
Овес	2-3	4-5	8-9	15-20	1250-1500
Яровая пшеница	1-2	4-5	9-10	15-22	1300-1700
Горох	1-2	4-5	7-8	15-22	1100-1550
Картофель	8-10	8-10	1-2	16-20	1200-1800
Лен	3-4	5-6	4-6	16-18	1000-1300
Кукуруза	8-10	10-14	1-2	20-24	1200-1400
Сахарная свекла	3-4	6-7	4-6	18-22	1800-2500

 

Так как тепло относится к космическим факторам жизни растений, то почти не регулируется в естественных условиях.

 

Вода. Значение воды в жизни растений определяется целым рядом ее свойств. Среди них необходимо отметить способность ее быть растворителем и средой, в которой совершается передвижение веществ и их обмен.

В растительном организме воды содержится от 70 до 95 %. С поступлением и передвижением ее в растениях связаны все жизненные процессы. При наличии воды и других факторов семена набухают и прорастают, растут ткани, поступают в растения и передвигаются в них питательные элементы, осуществляется фотосинтез и синтезируется органическое вещество.

Вода — незаменимый терморегулятор для растений. Проходя через него, она регулирует температуру растительного организма и повышает его устойчивость к высоким и низким температурам. Вода поддерживает тургор клеток, распределяет по отдельным органам продукты ассимиляции.

Растения нуждаются в воде с момента посева семян и до окончания формирования урожая. При этом в разные периоды жизни растения требуют неодинакового количества воды: меньше — в начальный период, больше — в период формирования мощной вегетативной массы и генеративных органов, к концу жизни потребность в воде уменьшается.

Период острой потребности растения в воде называется критическим,

у зерновых он совпадает с фазой выхода в трубку — колошением,

у зернобобовых — цветения,

у картофеля — цветения и клубнеобразованием.

Недостаток влаги в это время резко снижает продуктивность растений.

 

Воздуx необходим как источник кислорода для дыхания растений и почвенных микроорганизмов, а также углекислого газа, усваиваемого растениями в процессе фотосинтеза.

Он нужен и для микробиологических процессов в почве, в результате которых органические ее вещества разлагаются аэробными микроорганизмами с образованием водорастворимых минеральных соединений азота, фосфора, калия и других необходимых для растений элементов питания.

Если состав атмосферного воздуха всегда постоянный, то состав почвенного воздуха изменяется, и это значительно влияет на почвенные процессы (табл. 2).

 

Таблица 2. Состав атмосферного и почвенного воздуха, % от объема

Газы	Атмосферный воздух	Почвенный воздух
N2  02  СО2 Остальные	78.08  20,95 0,03  0,01	78,08-80,24 20,90-0,0 0,03-20,0

 

Растения также чувствительны к составу почвенного воздуха, в частности к содержанию в нем кислорода. Он, прежде всего, необходим для прорастания семян и потребляется корнями растений.

Особенно требовательны к кислороду корнеплоды, клубнеплоды и бобовые культуры,

менее требовательны — зерновые, злаковые многолетние травы и кукуруза.

 

Количество и состав почвенного воздуха можно регулировать, изменяя содержание влаги в почве путем рыхления или уплотнения почвы. Cocтав почвенного воздуха регулируется также путем внесения органических удобрений, что приводит к увеличению концентрации углекислого газа и уменьшению кислорода.

Для большинства сельскохозяйственных растений наилучший воздушный режим складывается, когда примерно 25 % от общего объема почвы занимает воздух и 25 % — влага.

 

Питательные вещества. В обмене веществ между растениями и окружающей средой важнейшим условием является корневое питание. В процессе его растения потребляют из почвы различные элементы питания, которые по количеству их потребления подразделяются на макро-и микроэлементы.

К макроэлементам относятся: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо и сера,

к микроэлементам — бор, марганец, медь, цинк, молибден, кобальт и др.

Все макроэлементы требуются растениям в больших количествах, а микроэлементы — в незначительных.

 

Первые четыре макроэлемента (углерод, кислород, водород и азот) входят в состав органического вещества растений и называются органогенными, остальные — зольными. Углерод, кислород и водород, на долю которых приходится 93-94 % сухой массы растений, потребляются растениями из воздуха в процессе фотосинтеза, а азот и все остальные элементы растения берут из почвы.

Каждый элемент питания имеет определенное значение в жизни растений.

Углерод, кислород, водород и азот входят в состав органических веществ.

Фосфор необходим на ранних этапах развития растений, способствует лучшему развитию плодов, семян и ускорению созревания культур.

Калий играет важную роль в образовании углеводов, повышает устойчивость к заболеваниям и зимостойкость.

Кальций нейтрализует вредное влияние ионов водорода и алюминия.

 

Сера, магний, железо участвуют в окислительных процессах, входят в состав многих соединений, а также являются катализаторами многих процессов.

Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Они влияют на процессы обмена веществ в растениях и выполняют ряд других функций.

 

Однако использование элементов питания растениями зависит от целого ряда условий: доступности их растениям, влажности почвы, температуры, освещенности, реакции почвенного раствора и других.

Потребление элементов связано также с возрастом, биологическими особенностями и условиями выращивания растений. Отличительная особенность большинства сельскохозяйственных культур в том, что максимум потребления элементов питания приходится на какой-то конкретный период их развития.

Так, у зерновых культур это совпадает с фазами выхода в трубку — колошения,

у зернобобовых — цветения — бобообразования,

у кукурузы перед выметыванием метелки — за 8-10 дней.

Поэтому недостаток питания в этот период резко снижает продуктивность растений.

Воздействие всех факторов на жизнь растений — явление необычайно сложное и многообразное, поэтому всегда было предметом пристального изучения. В результате появилась возможность сформулировать ряд закономерностей действия этих факторов, известных в агрономической науке как законы земледелия.

 

Законы земледелия

 

Законы земледелия есть не что иное, как выражение законов природы, проявляющихся в результате деятельности человека по возделыванию сельскохозяйственных культур. Они раскрывают связи растений с условиями внешней среды, а также определяют пути развития земледелия, которые должны осуществляться в соответствии с этими законами. К основным законам земледелия относятся следующие.