Kravtsova V.N., Bezruchenok N.N. Rastenievodstvo_EUMK

Растениеводство

имеет важное агротехническое значение, поскольку длиннодневные сорняки, интенсивно растущие с первых фаз развития, обычно заглушают короткодневные культуры, и получить хороший урожай этих культур сложно.

Всеверных широтах, в связи с меньшей напряженностью температурного режима, верхний слой почвы пересыхает медленнее, и длиннодневные виды, в том числе сорняки, с первых фаз развития быстро наращивают надземную вегетативную массу. Следовательно, длиннодневные культуры оказываются более конкурентоспособными по отношению к сорнякам, чем короткодневные.

Всеверных широтах, где сформировались виды длиннодневного фотопери-

одизма, напряженность температурного режима ниже, продолжительность вегетации нередкоÏолесÃÓограничивается продолжительностью безморозного периода. Этот же фактор лимитирует сумму активных температур (сумму среднесуточных температур) (и тем больше, чем ближе северная параллель). Вегетационный период короткодневных культур здесь также ограничивается последним сроком возврата весенних холодов и сроком наступления осенних заморозков.

Почвы зоны формирования короткодневных культур, как правило, средние

итяжелые по гранулометрическому о таву, имеют нейтральную или щелочную реакцию среды, богаты 1- и 2-валентными катионами, поэтому культуры короткого дня требуют нейтральных или лабоки лых почв с высокой емкостью почвенного поглощающего компл кса. Почвы зоны формирования длиннодневных культур более легкого гранулом трич ского состава, слабокислые и кислые, с низким содержанием основных э м нтов мин рального питания; эти культуры лучше выдерживают кис ые почвы, н богатые питательными веществами, хотя свою потенциальную продуктивность они реализуют на слабокислых и нейтральных, б гатых э ементами питания почвах.

Установлено, что пр движением короткодневных культур на север увеличивается пр д лжительн сть их вегетационного периода и накопление вегетативной массы.

Дело в т м, что для пр х ждения каждого метафазного периода онтогенеза растений необходима определенная сумма активных температур (Σаtᵒ), или иначе — сумма среднесуточных температур. Она у разных растений неодинакова. Так, от прорастания семян до формирования урожая пшенице надо 1600-2200ᵒС,

ржи — 1700…2100ᵒС, овсу — 1900…2300ᵒС, картофелю — 1900…3300ᵒС, са-

харной свекле — 2400…3700ᵒС, рису — 3900…4500ᵒС. Активной температурой принято считать нижний порог температуры, при которой все физиологические процессы в растении проходят нормально. Условно за такой порог принята тем-

пература 10ᵒС.

Для прохождения онтогенеза по фазам развития каждому виду и сорту требуется своя сумма активных температур, обусловленная генотипом. Зная сумму активных температур сорта, можно безошибочно определить ареал устойчивого вызревания его семян, а зная сумму активных температур за каждый межфазный

Растениеводство

период онтогенеза, можно с большой степенью надежности прогнозировать наступление каждой фазы.

Например, для сои южных сортов от всходов до бутонизации необходима сумма активных температур 1500ᵒС. Пока растение не наберет эту сумму активных температур, они не перейдут в генеративную фазу, а продукты фотосинтеза будут направляться на рост вегетативной массы.

С фазы бутонизации до образования бобов необходима еще дополнительная сумма активных температур 400ᵒС, а всего для прохождения онтогенеза этим сортам сои требуется 3500ᵒС. На широте Москвы среднемноголетняя сумма ак-

тивных температур за вегетацию составляет около 2000ᵒС (на широте Минска — 2200ᵒС). ÏолесÃÓ

Значит, такие сорта сои бóльшую часть вегетационного периода на этих широтах будут формировать вегетативную массу, а для образования генеративных органов им не хватит напряженности температур (т. е. подаренных солнцем калорий). С продвижением на юг эти сорта сои все быстрее набирают требуемую сумму активных температур, и фазы развития все быстрее сменяют одна другую, поскольку на ростовые процессы и накопление вегетативной массы уходит меньше светового времени и больше его приходит я на генеративный период.

Таким образом, для опр д л ния у ловий выращивания культуры нужно знать эколого-физиологические парам тры зоны формирования этого вида. Следует сказать также о том, что им ются отд льные примеры, когда культурные растения, благодаря новым м тодам отбора и воздействия на геном, изменялись достаточно сильно по сравн нию с исходными формами. Например, сорта сои северного экотипа, созданные с помощью радиационного мутагенеза, требуют за вегетацию сумму активных температур 1700-1800ᵒС, что позволяет вести выращивание их семян на шир те Минска и Москвы. Другой пример: кукуруза — типичная кор тк дневная тр пическая культура, новые гибридные сорта которой можно выращивать на террит риях до 55ᵒ . ш., получая не только вегетативную массу, но и зерно в ск в й и п лной спелости.

3. Центры происхождения культур

По археологическим данным, первые сохранившиеся предметы сельскохозяйственной культуры и происхождение культурных растений можно отнести к последнему ледниковому периоду каменного века (к концу палеолита и началу неолита — т. е. примерно к периоду 10-12 тыс. назад). Это уже было сопряжено с заселением человеком всех континентов и некоторой оседлостью отдельных племен, когда добывание съедобных растений в лесах, степях, а также охота и рыбная ловля не могли служить верным источником существования и выживания.

Растениеводство

Вопросы о местах и условиях происхождения культурных растений поставлены давно. Их решали в основном поиском возможных предков и сородичей в местах их естественного произрастания.

Из описанных О. Декандолем 247 видов культурных растений в диком виде найдено 194 вида, в полудиком — 27 видов и 26 видов известны только в культуре. Имеются виды культурных растений, дикие родичи которых пока не могут быть названы даже предположительно — например, персик. В другом случае (пшеница, ячмень, горох, кормовые бобы, нут и др.) культурные растения могут только косвенно указать на произрастающих в настоящее время диких родичей. Причем существующие дикие виды не всегда могут быть родоначальниками культурныхÏолесÃÓрастений, часто они являются лишь родственными формами, которые связывают культурные растения с их предками, порой давно исчезнувшими.

В 1920 г. в Саратове на Всероссийском съезде селекционеров Н. И. Вавилов сделал доклад «Закон гомологических рядов» о параллелизме внутривидовой изменчивости наследственных признаков близких видов и родов растений на основании общности их происхождения. Этот закон позволял предсказывать существование даже пока неизвестных форм ра тений, что подобно прогностическому следствию закона периодичности химиче ких элементов Д. И. Менделеева. Открытие Н. И. Вавилова закладывало научные о новы филогенетической хемосистематики и ее приложению в ра т ни вод тве. В настоящее время эти исследования продолжаются и дополняются мол кулярно-генетическими исследованиями видов культурных и диких раст ний.

Но в начале ХХ в., когда в щ ств нную природу наследственных факторов только начали изучать и в СССР эти исследования проходили в немыслимо трудных усл виях, бы и развернуты работы по выявлению видового состава и сортового разн бразия г авных родов культурных растений и их распределению по географическим бластям мира. Н. И. Вавилов, который возглавил и направлял эти исслед вания, в основу происхождения культурных растений и центров их ф рмир вания п жил расовый состав (изменчивость) данного вида и географическое распределение всего его разнообразия. Область максимального разнообразия форм того или иного культурного растения рассматривалась как очаг (центр) его формирования. Н. И. Вавилов в 1926 г. впервые назвал пять очагов формирования культурных растений, а в 1935 г. к ним добавил еще три. П. М. Жуковский в 1971 г. довел их количество до 12, и это число сохраняется до настоящего времени:

- Китайско-Японский — родина сои, проса, чумизы, пайзы, мягкой пшеницы, гречихи;

- Южно-Китайский — Индонезийский — родина многих тропических плодовых и овощных культур, некоторых видов сахарного тростника, овса;

- Австралийский — родина ряда тропических древесных растений, эвкалипта, табака, некоторых диких видов риса и хлопчатника;

Растениеводство

- Индостанский — родина риса, пшеницы-круглозернянки, некоторых видов хлопчатника и сахарного тростника, ряда овощных и плодовых культур;

- Средне-Азиатский (Афганистан, Туркменистан, Узбекистан, Таджикистан, Кыргызстан) — родина ржи афганской, гороха, чечевицы, нута, маша, кормовых бобов, конопли, дыни, сафлора, некоторых видов хлопчатника;

- Передне-Азиатский (Малая Азия, Кавказ, Иран, Ирак, Аравия) — родина большинства видов ржи, некоторых видов пшеницы, ячменя, овса, гороха, люцерны;

- Средиземноморский (Сирия, Египет, Тунис, Италия, Греция) — родина

некоторых видов пшеницы, овса, ячменя, клевера, большинства бобовых, свеклы, капустыÏолесÃÓ, брюквы, редьки, горчицы, моркови, лука, чеснока, льна;

- Африканский (Эфиопия, Судан и др. страны) — родина некоторых видов

хлопчатника, пшеницы, африканского риса, проса, сорго, клещевины, кунжута, некоторых бобовых, кофе, орехов кола, масличной пальмы;

- Европейско-Сибирский — родина льна-долгунца, люцерны посевной и изменчивой, клевера гибридного и ползучего, конопли, кендыря, хмеля, некото-

рых овощных и плодовых растений;

- Северо-Американский — родина некоторых видов ячменя, подсолнечника,

люпина, многих овощных, ягодных, плодовых культур;

- Центрально-Американский (М к ика — Панама) — родина кукурузы, некоторых видов картофеля, фасоли, тыквы, кабачков, перца, батата, длинново-

локнистого хлопчатника;

- Южно-Американский (и и Андский: П ру — Боливия — Чили) — родина

картофеля, томатов, табака, опающейся кукурузы, некоторых видов ячменя.

4. Произв дственно-би гическая классификация полевых культур.

Из 300 тыс. вид в растений, произрастающих на Земле, человек возделыва-

ет и использует к ло 23 тыс. видов, из которых введены в культуру только 1,5 тыс., но более всего распространены только 150 видов. В мировом земледелии наибольшие посевные площади (760 млн. га) занимают зерновые культуры, из которых наиболее распространена пшеница (около 250 млн. га), затем рис, кукуруза. Из зернобобовых культур более всего возделывается соя (около 60 млн. га), которая является и самой распространѐнной масличной культурой.

Возделываемые культурные растения очень разнообразны по своей биоло-

гии и требованиям к факторам среды произрастания.

По продолжительности жизни растения однолетние, двулетние, многолетние. Многолетние растения по числу поколений генеративных (плодоносных) побегов делят на монокарпические (однократно плодоносящие) и поликарпические. По продолжительности вегетационного периода (всходы–созревание) растения очень различны (60-80 дней ячмень, горох, около 300 дней озимые).

Полесский государственный университет Страница 24

Растениеводство

По типу развития все растения бывают яровыми или озимыми (и двуручки). По реакции на длину дня их подразделяют на растения короткого дня (ускоренно созревают на коротком дне) и растения длинного дня (ускоренно созревают при длинном дне). По общей требовательности к свету и теплу культурные растения делят на два типа: растения умеренного пояса и растения южных широт.

Для удобства изучения множества разнообразных полевых культур их разделяют по производственному принципу (назначению) на четыре большие группы — зерновые, технические, кормовые и бахчевые, которые, в свою очередь, делятся на подгруппы (по П. И. Подгорному):

I. Зерновые. Возделываются для получения зерна (семян).

1. Типичные хлеба (пшеница, рожь, тритикале, ячмень, овес) 2. Просовидные хлеба (кукуруза, просо, сорго, рис, чумиза).

3. Зерновые бобовые (горох, бобы, чечевица, чина, фасоль, нут, лобия, люпин и др.).

4. Прочие зерновые (гречиха и другие незлаковые).

1. Масличные: жирномасличные (под олнечник, сафлор, горчица, рыжик, рапс, лен, сурепица и другие капу тные); эфирнома личные (кориандр, анис, анизет, тмин, фенхель, мята, шалф й му катный, лаванда и др).

2. Прядильные (волокнистые):

3. Сахароносные: корн плоды (сахарная свекла, цикорий); другие сахароносы (сахарный тростник).

4. Крахмалоносные (к убн п оды — картофель, топинамбур, или земляная груша).

5. Лекарственные, инсектицидные и др. (мак, валериана, дигиталис, белладонна, табак, мах рка, р машка да матская, анабазис, хмель и др.).

III. Корм вые. Являются сновным источником корма для сельскохозяй-

Растениеводство

Существует группировка полевых культур по характеру использования главного продукта, получаемого в урожае. По этому признаку выделено 6 групп:

I — зерновые;

II — корнеплоды, клубнеплоды, бахчевые, кормовая капуста; III — кормовые культуры;

IV — масличные и эфирномасличные; V — прядильные;

VI — табак и махорка.

ÏолесÃÓ

Растениеводство

Тема 3

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР

План лекции:

1. Оптимизация фотосинтеза сельскохозяйственных культур

2. Минеральное питание

3. Удобрения (минеральные, органические, бактериальные)

родие, пути регулирования плодородия 5. Законы земледелия

4. ПочваÏолесÃÓ: понятие о почве, органические вещества, почвенное плодо-

1. Оптимизация фотосинтеза ель кохозяй твенных культур

Свет. Фотосинтез, как известно, являет я о новным физиологическим процессом, фактически создающим урожай. Любой агроприем, повышающий урожай, в конечном счете, действу т на повыш ние и пользования энергии солнечной радиации, коэффициента пол зного д йствия фотосинтеза. Определения показывают, что если растения на обычных полях в среднем используют для фотосинтеза 2-3% солнечной эн ргии, то на высокоурожайных полях эта величина может составлять ~ 5%, т. е. че овек умелой агротехникой может вдвое (!) повысить продуктивн сть ф т синтеза се ьскохозяйственных растений. Однако и эта величина очень неб ьшая. Сам же фотосинтез пока не поддается ощутимому управлению. П эт му перед би логической и сельскохозяйственной наукой стоят крайне важные задачи — разработать приемы и методы эффективного овладения фотосинтез м, с здать растения, способные более энергично усваивать световую энергию, более оптимально обеспечивать себя углекислотой, влагой, минеральными элементами, облегчать отток ассимилятов из листьев и т. д.

Для обеспечения максимальной работы фотосинтетического аппарата растения необходимы следующие моменты:

- учитывать светолюбивость культуры. Одни растения следует высаживать на участки интенсивным солнечным освещением, тогда как другие требуют условий притенения или им следует создавать кулисы из более светолюбивых культур;

-для более равномерного освещения в посевах рядки растений располагать

внаправлении с севера на юг, а с учетом биологических особенностей культур солнцелюбивые размещать на южных склонах, тогда как теневыносливые — на северных, и соответственно на возвышенных участках и пониженных;

Растениеводство

- интенсивность освещения в посевах регулировать густотой насаждений, применением подпокровных культур в смешанных посевах, своевременной прополкой и прореживанием проростков и т. д.

- создавать растения определенной архитектоники (у зерновых культур фотосинтез посева осуществляется лучше, если верхние листья направлены под острым углом к стеблю);

- селекционное «совершенствование» С3-фотосинтезирующих растений с использованием структурно-функциональных задатков С4-фотосинтези-рующих растений.

- регуляция аттрагирующей способности генеративных и запасающих органов растенийÏолесÃÓ, благодаря которой в них активно перемещаются пластические вещества из листьев;

- создание сортов, реагирующих на улучшение условий выращивания увеличением хозяйственно ценной части урожая.

- сеять такие посевы, в которых листья поглощали бы энергию солнца с возможно более высоким коэффициентом полезного действия для создания наибольшей биомассы и сосредоточения ее в хозяй твенно ценной части урожая

— семенах, клубнях, корнеплодах и т. п.

Температура. Главный источник т пла на Земле — солнечная радиация. Сельскохозяйственные раст ния пр дъявляют разные требования к тепловому режиму. Тепло требуется раст ниям в широких пределах, определяющихся кардинальными точками: минима ьной, когда биологические процессы начинаются; оптимальной, когда скорость важн йших физиолого-биохимических реакций достигает максимума; максима ьной, когда высокая скорость реакций начинает падать. Для кажд го растения установ ены свои кардинальные функциональные точки.

Влага. С п ступлением и движением воды связаны все жизненные процессы в растении: набухание семян, прорастание с образованием корешков и фотосинтезирующих пр р стк в, р ст и развитие, минеральное питание, дыхание, фотосинтез, транспирация, увядани и отмирание.

Вода поддерживает тургор и оптимальное состояние клеток и тканей растения, в жару предохраняет их от перегрева и гибели. С водой из клеток и организма выводятся некоторые ненужные вещества, другие накапливаются в вакуолях. Вода необходима для синтеза органических веществ, ее недостаток приводит к недобору урожая. Однако избыток воды также отрицательно влияет на многие сельскохозяйственные растения (за исключением риса и ему подобных влаголюбивых культур). Неодинаковые потребности в воде растений позволяют их условно подразделять на ксерофиты, гидрофиты, гигрофиты и мезофиты.

Ксерофиты — наиболее засухоустойчивые растения; гидрофиты — весьма влаголюбивые растения (аир, рис и т. п.); гигрофиты — обитатели влажных лугов и лесов. Мезофиты занимают промежуточное положение между ксеро- и гигрофитами, к ним относится большинство культурных растений.

Растениеводство

В разные периоды развития растению требуется разное количество влаги: меньше в начале роста, больше — во время формирования вегетативной массы, генеративных органов. Затухание жизненных процессов ведет к снижению потребления растением воды. Периоды, наиболее требующие воды, называются критическими. Например, у злаков наибольшая потребность во влаге имеется во время кущения, выхода в трубку, колошения; у кукурузы — в период цветения и молочной спелости; у подсолнечника — при образовании корзинки; у картофеля

— в период цветения и формирования клубней; у сахарной свеклы — во время образования и роста корнеплодов. Вода оказывает также большое влияние на

микробиологические процессы в почве. ОсновнойÏолесÃÓисточник воды для растений — атмосферные осадки, выпадаю-

щие на поверхность Земли в виде снега и дождя. В Беларуси в среднем в год выпадает 700 мм осадков. Следует отметить, что на 1 мм осадков требуется 10 т воды на 1 га. Из всего количества поступающей в растение воды только ~ 0,2% идет на фотосинтез, остальная вода используется для транспирации (испарения), предохраняя растение от перегрева.

Количество воды, расходуемое ра тением на образование сухого вещества, называется транспирационным коэффициентом. Транспирационный коэффици-

ент пшеницы колеблется в пр д лах 400-600 д., кукурузы — 250…350, люцер-

ны — 580…700, красного кл в ра — 750…800 д.

2. Минеральное питание Питательные вещества — это все неорганические и органические компо-

ненты, которые нах дятся в непосредственно окружающей растение среде и могут в той или ин й степени испо ьзоваться растением. К важнейшим питательным элементам тн сятся C, O, N, H, P, S, K, Ca, Mg, Fe, B, Zn, Cu, Co, Mn, Mo и др. Одни из них утилизируются растением в довольно больших количествах и называются макр элементами — это первые 10 элементов, а другие, которые нужны растениям в малых количествах, — микроэлементами — это остальные 6 элементов.

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

растений и называются органогенными, остальные элементы — зольными.

Углерод, кислород и водород, на долю которых приходится 93-95 % сухой массы растений, потребляются в основном в процессе фотосинтеза, а азот и все другие элементы растения берут из почвы в результате корневого питания.

Небольшие количества углерода и кислорода потребляются растением через корни в ходе гетеротрофного питания и дыхания.

Азот может утилизироваться растениями двояким образом: как катион — в форме аммония (NH4+) (аналогично другим катионам) — и как анион — в форме нитрата (NO3–), в том числе в процессе азотфиксации с участием клубеньковых бактерий в ризосфере бобовых.

Полесский государственный университет Страница 29

Растениеводство

Каждый элемент питания имеет свое значение в жизни растений. Органогенные элементы (C, O, N, H) требуются в большом количестве для образования органических соединений и всех тканей растений. Фосфор чрезвычайно необходим на ранних этапах развития (синтез ДНК, РНК, АТФ), но также способствует лучшему развитию плодов, семян и других генеративных органов и ускорению созревания культур. Калий играет важную роль в образовании углеводов, повышает зимостойкость и устойчивость растений к заболеваниям, его роль велика в перемещении ионов через клеточную плазмалемму. Кальций нейтрализует вредное влияние ионов водорода и алюминия на клетки и ткани растений.

Магний, железо и сера участвуют в окислительно-восстановительных процессах, входятÏолев состав многих соединенийсÃÓ, а также известны как катализаторы многих реакций.

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

При недостатке тех или иных элементов в растениях обнаруживаются признаки их дефицита. В определенных лучаях неинфекционные физиологические

болезни растений индуцируются переизбытком некоторых элементов, таких как

H+, Cl–, Al3+, Na+, NH4+, Pb2+, Sr2+, Cs+ и др.

Особенность большинства с ль кохозяй твенных культур в том, что максимум потребления элементов питания приходится на какой-то конкретный период их развития. Так, у зерновых это выход в трубку, колошение, у зернобобовых — цветение, плодообразование. Свои особ нности потребления элементов питания имеются также у каждой ку ьтуры.

При систематическ м тчуждении урожая с поля и без возврата использованных урожаем элемент в питания и энергии почвенное плодородие теряется. Если же вын веществ и энергии компенсируются, и даже с определенной степенью превышения, то п чва не только сохраняет плодородие, но и повышает его. Восстан вление п чвенн го плодородия происходит через внесение удобрений, правильную агротехнику и севообороты. Поскольку все зольные элементы и азот поступают в растение через корневую систему, то такое восполнение питательных веществ называется корневым.

Поступление питательных веществ через листья называется внекорневым. Его производят в виде опрыскивания или опыления главным образом для осуществления подкормки вегетирующих растений микроэлементами.

3. Удобрения (минеральные, органические, бактериальные)

Удобрениями называют все вещества, используемые для улучшения условий роста и развития сельскохозяйственных культур, повышения их урожайности. Различают три группы удобрений: минеральные, органические и бактериальные.