2. Классификация факторов, определяющих рост, развитие растений, урожай и его качество

Влажность воздуха в фитоценозе возможно регулировать мелкокапельным орошением, однако этот дорогостоящий прием применяют на ничтожно малых площадях чайных и цитрусовых плантаций.

Водная и ветровая эрозия уносит вместе с почвой много питательных веществ, иногда полностью исчезает пахотный слой почвы. Борьбу с эрозией в той или иной мере ведут повсеместно, однако эрозионные процессы не приостанавливаются и систематическая потеря почвы и питательных веществ продолжается.

Важнейшим показателем качества почвы является ее гумусированность. На небольших площадях внесением высоких норм органических удобрений можно повысить гумусированность почвы с 1,0..1,5 до 3...4 %. Но на всей площади посева это даже теоретически невозможно, в лучшем случае внесением органики и использованием сидератов можно стабилизировать гумусовый режим почвы. Это же относится и к емкости поглощения ППК и микробиологической активности почвы — показателям, тесно связанным с гумусированностью.

Изменению реакции почвенного раствора уделяют существенное внимание. Судя по статистическим отчетам, все кислые почвы России произвесткованы уже дважды. Однако существенного изменения реакции почвенного раствора не произошло. Дело в том, что 1 т СаСОз сдвигает рН_сол среднесуглинистой почвы на 0,1 единицы. Для того чтобы изменить реакцию почвенного раствора с 4,5 до 5,5, нужно внести на 1 га около 10 т СаСО₃, а для успешного возделывания бобовых культур рН_сол почвы должна быть не ниже 6,0. С учетом влажности и содержания примесей в известковых материалах необходимо внести около 20 т доломитовой муки на 1 га. Фактически же норма известковых материалов составляла 2...4 т/га. Эта норма могла сдвинуть рН_сол почвы на 0,2...0,4 единицы, но применение азотных и хлорсодержащих калийных удобрений восстанавливало рН до исходного состояния. Для оптимизации почвенного раствора необходимы большие энергетические и финансовые затраты (энергоемкость 1 т СаСО₃ составляет в среднем около 8,5 ГДж, а энергосодержание 1 т зерна пшеницы — около 18 ГДж).

Третья группа факторов — это те, которые человек может регулировать на больших площадях. Главная задача агронома заключается в том, чтобы с помощью регулируемых факторов свести к минимуму негативное влияние нерегулируемых и частично регулируемых факторов на рост, развитие растений, урожай и его качество. Для условий короткой продолжительности вегетационного периода и низкой суммы активных температур подбирают культуры и сорта с соответствующими требованиями биологии. От весенне-летнего возврата заморозков уходят, высевая теплолюбивые культуры в более поздние сроки.

Недостаточное содержание элементов питания в почве восполняют применением органических и минеральных макро- и микроудобрений. Для снижения засоренности посевов, поражения растений болезнями и повреждения вредителями используют агротехнические, химические и биологические методы борьбы с вредными организмами

Свет тепло – космические факторы, не поддающиеся регулированию. В большинстве земледельческих регионов России света и тепла достаточно. Другие факторы, определяющие рост, развитие растений, урожай и его качество, относятся к регулируемым (сорт. Норма высева, срок посева и т.п.) и частично регулируемым (влажность почвы, уровень обеспеченности элементами питания и т.п.).

Факторы управления развитием растений

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. Красные и оранжевые лучи – основной вид энергии фотосинтеза, они задерживают переход к цветению. Синие и фиолетовые участвуют в фотосинтезе, стимулируют образование белков, морфогенеза, 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.

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

Основными органами поглощения солнечной энергии служат листья, поэтому создают 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 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 и развития большинства культур сумма среднесуточных активных температур (свыше 5⁰ С) должна составлять не менее 1600⁰ 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 сильно вредит проросткам.

Агротехнические методы регулирования теплового режима для каждой зоны различны и противоположны, например, в северных районах приемы агротехники направлены на повышение температуры почвы и быстрейшее ее прогревание, а на юге – на ее снижение.

Ранневесеннее боронование и рыхление почвы усиливает ее прогревание. Применение посадок и посевов на гребнях и грядах способствуют уменьшению влажности почвы и лучшему ее прогреванию в северных районах. Снегозадержание (особенно на посевах озимых культур) и посадка полезащитных лесных полос, снижают скорость ветра и испарение с поверхности почвы.

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

Вода. Установлено, что из 1000 частей воды, прошедшей через растения, только 1,5-2 части расходуются на питание, 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, называется транспирационным коэффициентом (ТК). Меньше всего ТК у просовидных хлебов (около 250), несколько выше у зерновых (500-600), самый высокий у многолетних трав (700-800).

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 зернобобовых и гречихи цветение; для подсолнечника – образование корзинки – цветение; для картофеля – цветение – клубнеобразование.

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. Уплотненная почва приводит к быстрому подтягиванию влаги по капиллярам к поверхности и усиленному испарению воды.

Требования к содержанию углекислого газа (СО₂) и кислорода(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.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа (1-3% 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% растение погибают. Наиболее требовательными культурами к содержанию кислорода в почве являются – корнеплоды, бобовые и маличные; менее чувствительными – зерновые, частично снабжающие корни кислородом воздуха через воздухоносные полости.

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

Минеральное питание растений. Задача регулирования пищевого режима состоит в обеспеченности растений в каждой фазе роста и развития элементами питания в количествах, необходимых для получения высокого урожая лучшего качества.

К необходимым для высших растений элементами (кроме углерода, кислорода и водорода) относятся макроэлементы – азот, фосфор, калий, сера, кальций, магний)

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. Признаки азотного голодания у хлебных злаков: стебли тонкие, листья мелкие, волокнистые, рост и кущение слабое. Излишек вреден, как и недостаток. При высоких дозах у зерновых культур запаздывают сроки цветения и созревания зерна, стимулируется рост вегетативной массы за счет урожая зерна.

Фосфор – играет главную роль во многих ферментативных 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 труднодоступной форме в минералах. Растворимость фосфатов увеличивается в нейтральных и щелочных почвах и уменьшается в кислых. При недостатке фосфора растения медленно развиваются, у них недоразвиты корни, стебли, листья. Листья имеют бронзовый или пурпурный оттенок, стебли тонкие. Фосфорные удобрения необходимо вносить в почву в момент посева или высадки растений.

Калий – играет большую роль в синтезе аминокислот, важен для нормального хода фотосинтеза: уменьшение концентрации калия в листьях снижает скорость ассимиляции СЩ2. 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 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, играет важную роль в перемещении фосфатов в растении.

Натрий – находясь в виде поваренной соли в тканях растений, способствует накоплению и удержанию воды в клетках, увеличению мясистости , следовательно, их засухоустойчивости. Избыток натрия в почве для многих растений вреден, так как накапливаясь в тканях, он препятствует усвоению других катионов, главным образом, кальция и магния.

Микроэлементы поглощаются растениями в очень небольших количествах, в отличии от макроэлементов.

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 мелколистность.

Медь – содержание некоторых ферментов, принимающие участие в окислительно-восстановительных реакциях. Она влияет на азотный и углеводный обмен растений.

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