Факторы жизни растений и законы земледелия

1. Требования культурных растений к условиям жизни. Факторы жизни растений.

2. Законы земледелия и их использование в сельскохозяйственном производстве.

1). Жизнь растений тесным образом связана с окружающей средой. Если условия среды не соответствуют потребностям растений, то происходит нарушение его функционирования, что может привести к гибели. Если же присутствуют все условия и они полностью удовлетворяют потребность растений, то в полной мере реализуются их биологические особенности. Эти требования определяются биологической особенностью не только каждого конкретного вида растений, но и сортовыми различиями одной и той же культуры.

Познание этих требований составляет основу научного земледелия. Знание биологических особенностей и факторов жизни растений является обязательным условием для их возделывания.

Факторы жизни растений, без которых невозможна их жизнедеятельность, подразделяются на космические и земные.

К космическим факторам относятся: свет и тепло; к земным: вода, воздух и питательные вещества. Космические факторы имеют существенные особенности, так как они практически не регулируются в земледелии.

Свет. Это, один из важнейших, фактор существования растений, обеспечивает необходимую энергию, которую они используют в процессе фотосинтеза для создания органического вещества.

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Однако, растения используют не все лучи солнечного света, а лишь с определенной длиной волн. Для фотосинтеза растениям необходима лишь фотосинтетически активная радиация (ФАР). ФАР – это участок оптического излучения с длиной волн 380-710 нм, а видимая часть солнечного спектра составляет 380-760 нм.

Продуктивность же растений определяется притоком ФАР и коэффициентом его использования. КПД ФАР у культурных растений составляет 0,5-2 %, а теоретически возможный 6-8 %.

Культурные растения предъявляют различные требования к продолжительности и интенсивности освещения. Одни растения требуют более длительного освещения и относятся к культурам длинного дня (пшеница, рожь, овес, ячмень), другие – к культурам короткого дня (просо, кукуруза, гречиха, бахчевые).

По отношению к интенсивности освещения различают культуры светолюбивые, менее светолюбивые и теневыносливые. Для светолюбивых культур важным условием является интенсивное, но менее продолжительное освещение, чем для менее светолюбивых. К теневыносливым относятся культуры, которые могут некоторое могут некоторое время без последствий находится в затенении (многолетние травы).

Сам свет регулировать нельзя, но освещенность растений можно регулировать:

- ориентация рядков посева с севера на юг;

- оптимальная густота посева растений и размещение их на поле;

- борьба с сорной растительностью, вредителями и болезнями.

Тепло. Важным условием для проявления жизнедеятельности растений является тепло. Главным источником тепла для растений является солнечная радиация. Все процессы происходящие в растении – прорастание, рост, плодообразование, фотосинтез и т. д. происходят при определенных оптимальных температурах. Отклонение в ту или иную сторону ведет к угнетению растений. Для каждой фазы развития растений существует свой предел минимальных и максимальных температур, ниже и выше которых физиологические процессы затухают. Для большинства сельскохозяйственных культур Беларуси оптимальной температурой является 20-23 ⁰С.

Сельскохозяйственные растения предъявляют различные требования к теплу. По этому показателю их делят на теплолюбивые, семена которых прорастают при температуре почвы 8-12 ⁰С, и нуждаются в сумме активных температур воздуха (свыше 10 ⁰С) 3000-4000 ⁰ (огурцы, томаты, бахчевые, кукуруза, гречиха, картофель) и холодостойкие, семена которых прорастают при температуре почвы 2-5 ⁰С и требуют за вегетационный период сумму активных температур 1200-1800⁰ (овес, ячмень, рожь, свекла, капуста). Среди холодостойких – выделяются морозоустйчивые культуры способные переносить относительно низкие температуры (от – 18 до – 24 ⁰С и ниже). К ним относятся озимые зерновые культуры и многолетние травы.

Тепло, как и свет, почти не регулируется в естественных условиях, незначительному регулированию подлежит лишь тепловой режим почвы.

Вода. Вода в жизни растений играет важную роль: 1 участвует в фотосинтезе;

2 в воде растворяются питательные вещества, потребляемые растениями; 3 вода способствует сохранению формы растений, создавая внутриклеточное давление (тургор); 4 вода – терморегулятор растения; 5 является средой, в которой идут реакции биохимического обмена.

Растения нуждаются в воде с момента посева семян до окончания формирования урожая. В растительном организме содержится от 70 до 95 % воды, больше в стеблях и листьях, меньше в корнях. Содержание воды в семенах может составлять 10-14 %. За период вегетации растения расходуют большое количество воды. В жаркие дни в течение одного часа растения расходуют воды больше, чем содержат в себе. Поступающая вода в основном расходуется на транспирацию и только 0,15-0,2 % ее усваивается в процессе фотосинтеза.

Транспирация – это процесс испарения воды с поверхности растений. Интенсивность транспирации зависит от вида растений (влаголюбивые растения испаряют воду интенсивнее), погодных условий, влажности почвы, строения листа и состояния его клеток и тканей.

Соотношение между поступлением воды в растение и расходом ее на транспирацию и синтез органического вещества называется водным балансом.

Когда поступление воды в растение меньше, чем ее расход, растения увядают. Недостаток водоснабжения в тот или иной период развития растений снижает их продуктивность. При этом выделяют критические периоды по отношению к недостатку влаги. Недостаток воды в это время резко снижает продуктивность растений. Избыток влаги в последующие периоды не может компенсировать дефицит ее в это время. Такие периоды есть у всех растений. Например, у зерновых – это фаза выхода в трубку – колошение, у картофеля – цветение – клубнеобразование, у кукурузы – 10 дней до выметывания метелки и две недели после ее выметывания.

Кроме того, растения по отношению к воде можно разделить на: гигрофиты – растения требующие высокой влагообеспеченности (рис), мезофиты – растения наших широт (большинство растений возделываемых в РБ), ксерофиты – засухоустойчивые растения.

Регулировать водный режим можно с помощью агромелиоративных мероприятий (осушение, орошение, рациональная обработка почвы, снегозадержание и т. д.).

Воздух. Воздух необходим как источник кислорода для дыхания растений, а также как источник углекислого газа, усваиваемого в процессе фотосинтеза. Он также необходим и для микробиологических процессов, происходящих в почве. Растения используют воздух из приземных слоев атмосферы, состав которого изменить довольно трудно. Но растения используют также и почвенный воздух. Особенно они 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: осушением и орошением; обработкой почвы – рыхлением и прикатыванием; внесением органических удобрений (как источника СО₂).

Оптимальный водно-воздушный режим для большинства сельскохозяйственных растений складывается когда в почве 25 % от ее объема влаги и 25 % воздуха.

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 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 растениями в больших количествах, а микроэлементы в незначительных. Хотя каждый из них имеет определенное значение в жизни растений и отсутствие одного из элементов снижает их продуктивность.

Первые четыре макроэлемента (С, О₂, Н, N) входят в состав органического вещества растений и называются органическими (при сжигании разрушаются), остальные при сжигании переходят в золу и называются зольными.

Использование элементов питания растениями зависит от целого ряда условий: доступности их растениям, влажности почвы, температуры, освещенности, реакции почвенного раствора, возраста, биологических особенностей культуры. У большинства сельскохозяйственных культур выделяют критические периоды и периоды максимума потребления элементов питания. (Примеры)

Обеспечение растений элементами питания осуществляется путем внесения органических и минеральных удобрений, оптимизации почвенных условий.

2). Законы земледелия есть ни что иное, как выражение законов природы, проявляющихся в результате деятельности человека по возделыванию сельскохозяйственных культур. Они раскрывают существующие связи растений с условиями внешней среды, а также определяют пути развития земледелия.

К основным законам земледелия относятся следующие:

Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений. Его сущность: «все факторы жизни растений абсолютно равнозначимы и незаменимы». Для нормального функционирования растительного организма должен быть обеспечен приток всех факторов жизни растений как земных, так и космических, причем в оптимальных количествах. Этот закон дает четкое представление о том, что нет главных и второстепенных факторов.

Закон минимума. Гласит – продуктивность поля находится в прямой зависимости от необходимой составной части пищи растения, содержащейся в почве в самом минимальном количестве. Наглядно этот закон изображается в виде «бочки Добенека», клепки которой означают различные факторы жизни растений.

Закон минимума, оптимума, максимума. Величина урожая определяется фактором, находящимся в минимуме. Наибольший урожай осуществим при оптимальном наличии фактора. При минимальном и максимальном наличии фактора урожай невозможен. Его смысл: наибольший урожай получается при оптимальном количестве фактора; уменьшение или увеличение его ведет к снижению урожая. Это хорошо прослеживается на примере любого фактора (температуры, элементов питания, влажности и т. д.) и показывается в виде графика.

Закон совокупного действия факторов жизни растений. Все факторы жизни растений действуют не изолированно друг от друга, а в тесном взаимодействии. Исследованиями ряда ученых установлено, что действие отдельного фактора, находящегося в минимуме, тем интенсивнее, чем больше других факторов находится в оптимуме. Исходя из этого закона все мероприятия, направленные на повышение эффективности использования земли, необходимо осуществлять комплексно. Комплекс условий должен представлять единое целое, так как воздействие на один из элементов непрерывно повлечет за собой необходимость воздействия и на все остальные.

Закон плодосмена. Сущность – более высокие урожаи получаются при чередовании культур в пространстве и во времени, чем при бессменных посевах. В основе этого закона лежит общебиологический закон единства и взаимосвязи растительных организмов и условий среды. Чередование культур обуславливается тем. Что различные культуры по-разному оказывают влияние на свойства почвы и на окружающую среду.

Закон возврата питательных веществ.«Основное начало земледелия состоит в том, чтобы почва получала обратно все у нее взятое. Это неизменный закон природы». При систематическом отчуждении урожая с поля и без возврата использованных урожаем элементов питания и энергии теряется почвенное плодородие. Если же вынос веществ и энергии компенсируется и происходит с определенной степенью превышения, то почва не только сохраняет свое плодородие, но и повышает его.

Закон прогрессивного роста эффективного плодородия почв по мере интенсификации земледелия. Этот закон работает если работают все остальные законы. В противном случае ни о каком росте эффективного плодородия не может идти речи. Тогда оно либо не изменяется, либо значительно ухудшается (чаще всего).

Но знание законов позволяет рационально использовать имеющиеся в распоряжении ресурсы.

Лекция № 5