Задачи, объекты и методы исследования растениеводства

Растениеводство — наука о полевых растениях и приемах их возделывания. Объекты ее исследования - полевые культуры. Она решает следующие задачи: изучение закономерностей формирования урожая, выявление резервов увеличения производства экологически чистой высококачественной продукции, разработка теорий и технологий получения высокой урожайности возделываемых культур при наименьших затратах труда, средств и энергии. Растениеводство изучает также морфологические признаки и биологические особенности культурных растений, их видов и разновидностей, сортов и гибридов.

Сельское хозяйство — сложное комплексное производство. Оно имеет две основные отрасли, производящие продукцию, — растениеводство и животноводство. Другие отрасли сельскохозяйственного производства — механизация, химизация, мелиорация, переработка и т. д. — призваны обслуживать растениеводство и животноводство, сами же органическую продукцию не создают.

Растениеводство строится на принципах (законах) биологической науки, изучающей особенности развития растений, их требования к условиям среды. К. А. Тимирязев указывал, что для получения высокого урожая надо знать требования растений и уметь их удовлетворять. Без глубокого знания биологии растений невозможна разработка правильной агротехники. Широко используются в растениеводстве знания многих смежных наук — земледелия, почвоведения, агрохимии, физиологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии, химии, физики, экономики, а также новых электронно-вычислительных систем и др.

Растениеводство имеет свои методы исследования. Только правильно поставленный опыт обеспечивает получение достоверных результатов, которые можно с уверенностью рекомендовать практике.

Критерием ценности любого эксперимента, проводимого в тщательно учитываемых условиях, служат степень достоверности результатов, проверяемая математически, возможность их повторения и обобщения, применимость на практике, экономическая эффективность и экологическая безопасность. В растениеводстве применяют полевой, вегетационный и лабораторный методы исследований.

Основной метод исследований — полевой опыт. Он позволяет решать многие практические вопросы агротехники, например способы обработки почвы, применения удобрений, сроки посева семян, ухода за растениями и уборки урожая, определения эффективности комплексов отдельных приемов возделывания культур, а также подбора сортов. Полевые опыты закладывают на опытных полях научных учреждений на участках с выровненным плодородием и рельефом. Проводят их на делянках размером 10—25 м² и более при 4—6-кратной повторности.

Разновидностью полевого опыта являются географические опыты и опыты по сортоиспытанию, закладываемые одновременно во многих пунктах по единым схемам и методикам, обеспечивающим обобщение результатов.

Для предварительного изучения вопросов, решение которых на больших площадях затруднительно или связано с риском, закладывают микрополевые опыты. Проводят их на небольших делянках при малом числе повторностей.

Вегетационный опыт - аналитический метод исследования лабораторного типа с элементами синтеза. Растения в вегетационном опыте выращивают в специальных помещениях (фитотроны, вегетационные домики и др.) в сосудах, наполненных почвой, прокаленным песком или раствором солей (водные культуры). Ценность вегетационного метода заключается в возможности вычислить действие изучаемых факторов, устранив при этом влияние других.

Для изучения действия факторов внешней среды, различных биохимических и физиологических процессов, а также для генетических и селекционных исследований используют камеры искусственного климата, где систематически учитывают и регулируют исследуемые режимы.

Лабораторные методы исследований — это разнообразные биометрические, физиологические, агрохимические, микробиологические и другие анализы, проводимые по соответствующим методикам. Применяют их для объяснения результатов, полученных в полевом опыте. Например, определение плодородия почвы, плодородия поля (участка), структуры урожая, качества растительной продукции (содержание сахара, жира, белков, волокна и др.).

Применение метода меченых атомов позволяет изучать многие сложные физиологические процессы, происходящие в растениях (пути и скорость передвижения элементов питания у вегетирующих растений и др.).

Производственный опыт - метод изучения различных аспектов растениеводства в производственных условиях, позволяющих дать практическую оценку данным, полученным в полевом опыте, и выявить их производственную применимость, экономическую экологическую оценку. Производственные опыты проводят на делянках площадью 1-2 га с применением полной производственной технологии при двукратной повторности.

Принципы классификации полевых культур

Полевые культуры различают не только по ботаническим признакам (семейство, род, вид, разновидность и др.), но и по биологическим особенностям, их требовательности или устойчивости к экологическим факторам и хозяйственному назначению.

По продолжительности жизни растения делят на однолетние, двулетние и многолетние (3 года и более).

По способу опыления полевые растения разделяют на самоопыляющиеся (пшеница, ячмень, горох и др.) и перекрестноопыляющиеся (рожь, кукуруза, гречиха, подсолнечник, люцерна и др.). У последних - пыльца переносится насекомыми или ветром.

По продолжительности цветения различают растения с коротким периодом цветения и дружным созреванием, с длинным периодом цветения и с растянутым периодом созревания. Это свойство обусловлено особенностями роста. У растений первой группы (пшеница, подсолнечник, лен и др.) соцветия образуются в результате дифференциации точки роста стебля; после цветения у таких растений рост прекращается. У растений второй группы (гречиха, горох, бахчевые, люцерна и др.) соцветия образуются в пазухе листьев, а точка роста стебля может формировать вегетативные и генеративные органы до конца вегетации (до наступления засухи или заморозков).

По продолжительности вегетационного периода однолетние полевые культуры делят на растения с коротким периодом вегетации – 60-80 дней (горох, ячмень, гречиха и др.), со средним — 90- 110 (яровая пшеница, овес, лен, горчица и др.) и длинным - 120-140 дней (сахарная свекла, подсолнечник, кукуруза и др.). Озимые хлеба вегетируют 280-340 дней (включая период перезимовки).

По развитости корней различают растения с сильно-, средне- и слаборазвитой корневой системой. Сильноразвитую корневую систему, проникающую в глубь почвы до 2,5 м и более, имеют люцерна, сахарная свекла, подсолнечник, кукуруза и др.; среднеразвитую (до 1,0-1,5м)— пшеница, рожь, ячмень, овес, просо, картофель и др.; слаборазвитую (0,7-0,9 м) - гречиха, фасоль, лен и др.

По площади питания, необходимой для нормального роста растений, культуры делят на три группы. Наибольшую площадь питания (1,0-2,5 м² в среднем на растение) требуют бахчевые культуры (кормовой и столовый арбуз, тыква, кабачок); довольно большую (0,15-0,20 м²) - пропашные культуры (свекла, кукуруза, подсолнечник и др.), высеваемые широкорядным (с междурядьями 45, 60, 70, 90 см), квадратным (45 х 45, 60 х 60 см и т. п.) или ленточным (45-15, 60—15см) способом. Небольшую площадь питания (0,002 м²/растение) требуют культуры сплошного посева, высеваемые обычным рядовым (15см), узкорядным (7,5см), пере крестным или безрядковым способом.

По отношению к реакции почвенного раствора выделяют три группы культур: требующие нейтральной или слабощелочной реакции (рН 7,0—7,5 до 8,0) — сахарная свекла, конопля, люцерна и др.; требующие нейтральных или слабокислых почв (рН 6,0-7,0) - пшеница, ячмень, кукуруза, зернобобовые (кро­ме люпина), подсолнечник, клевер и др.; малотребовательные к реакции почвенного раствора (рН 5,0—7,5) — рожь, овес, гречиха, просо и др.

По устойчивости к засолению почвы культуры разделяют на солеустойчивые (выдерживающие содержание солей до 0,7-0,9 %) — сахарная свекла, арбуз, тыква, люцерна, донник и др.; среднеустойчивые (0,4-0,6 %} — пшеница, ячмень, просо, рожь, сорго и неустойчивые — овес, горох, гречиха, кукуруза и др.

По отношению к питательным веществам растения группируют соответственно их химическому составу. Высокобелковые культуры больше потребляют азота и фосфора, сахар- и крахмалосодержащие - много калия, масличные и прядильные — много азота, фосфора и калия.

Различают также культуры, обогащающие (бобовые) и обедняющие (злаки и др.) почву азотом.

По отношению к теплу культуры делят на теплолюбивые, происходящие из тропиков, неустойчивые к холодам и заморозкам, не имеющие озимых форм (просовидные злаки, соя, фасоль, бахчевые и др.), и малотребовательные к теплу - выходцы из умеренного климатического пояса, сформировавшиеся в условиях смены теплого и холодного сезонов и выработавшие потребность в пониженной температуре для яровизации, отличающиеся холодо- и морозостойкостью, имеющие как яровые, так и озимые формы (колосовые хлеба, ранние зернобобовые, корнеплоды, крестоцветные масличные, лен, многолетние травы и др.). Выделяют также промежуточную группу среднетребовательных к теплу растении (картофель, сахарная свекла, люпин и др.).

Как правило, теплолюбивые культуры требуют поздневесеннего или летнего срока посева, среднетребовательные к теплу среднего, а малотребовательные — ранневесеннего, осеннего (озимые) или подзимнего срока посева. По устойчивости к высоком (35-40 °С) температуре выделяют группу жаростойких растений (сорго, просо, могар, нут и др.), которых больше среди теплолюбивых культур.

Потребность культуры в тепле и теплообеспеченность региона выражают суммой биологически активных среднесуточных температур (более 10°С). Зная ее, можно заранее предвидеть, вызреем ли культура (сорт) в данном регионе.

По отношению к влаге среди полевых культур выделяют засухоустойчивые (экономно расходующие влагу — сорго, просо, кукуруза, нут, чина, сахарная свекла, подсолнечник, житняк и др.) и влаголюбивые (типичные хлеба, картофель, рапс, гречиха, кормо­вые бобы, вика и др.).

Потребность растений во влаге измеряют количеством воды (в граммах), необходимым для создания одного грамма сухого вещества. Эту величину называют транспирационным коэффициентом (ТК). В зависимости от вида и сорта растения, а также почвенно-климатических условий и погоды ТК изменяется в широких пределах: для озимой пшеницы он составляет 300-450, кукурузы — 230-300, гороха - 400-550, сахарной свеклы — 240-300.

Потребность в воде изменяется по фазам развития растения. Периоды наибольшей потребности растений в воде называют критическими. Для озимой и яровой пшеницы, ржи, ячменя и овса критические периоды — выход в трубку — колошение, для сорго, проса — выметывание — налив зерна, для кукурузы — цветение — молочное состояние зерна, для зерновых бобовых и гречихи -цветение, для картофеля — цветение — клубнеобразование.

Установлено, что оптимальная влажность в корнеобитаемом слое для большинства растений находится в пределах 60-80 % НВ, а в период наибольшего развития ассимиляционного аппарата и интенсивного роста — в пределах 70—80 % НВ.

По реакции на длину дня (фотопериодизм) культуры делят на растения короткого и длинного дня. У растений короткого дня (просо, кукуруза, подсолнечник, соя и др.) ускоренное созревание происходит при коротком дне (10-12 ч), а у растений длинного дня (пшеница, овес, горох, лен и др.) — при длинном (14-16ч). Это связано с тем, что у этих групп растений накопление и перемещение углеводов происходят по-разному: у растений длинного дня они идут интенсивнее на длинном дне, главным образом в дневные часы, а у растений короткого дня — на умеренно коротком дне в ночные часы. Существуют и фотопериодически нейтральные растения (фасоль обыкновенная, нут, гречиха и др.).

Группировка полевых культур по хозяйственному назначению.

Рассматриваемые в курсе около 100 полевых культур отличаются по ботаническим, биологическим и хозяйственным признакам, по виду продукции, особенностям возделывания и размещения в севооборотах, по степени механизации, способам и срокам уборки и другим показателям. Для удобства изучения разнообразных полевых культур они разделены по производственному признаку на три группы: зерновые, технические (масличные, прядильные, крахмало-, сахаросодержащие и др.) и кормовые, которые, в свою очередь, делят на подгруппы (табл.1).

1. Производственная и ботанико-биологическая группировка полевых культур