Основные факторы жизни растений. Законы земледелия

Расте́ния (лат.Plantae или лат.Vegetabilia) – одна из основных групп многоклеточных организмов, представленная многочисленными жизненными формами (деревья, кустарники, травы и др.); важнейшее звено в сложной цепи питания всех живых организмов, включая человека. Они формируют растительные группировки (степи, луга, леса и др.), создавая ландшафтное разнообразие Земли и условия для жизни организмов всех царств. Именно деятельностью растений была создана атмосфера и поддерживается ее стабильный газовый состав.

Растения, которые возделываются человеком с целью получения урожая, называются культурными.

Растения, и культурные в том числе, предъявляют к условиям окружающей среды определенные требования, соблюдение которых обеспечивает полноценные рост и развитие и в результате максимальную их продуктивность, причем каждый вид растений предъявляет свои специфические требования к условиям произрастания.

Наиболее существенное влияние на рост и развитие растений, их продуктивность и качество продукции оказывают условия освещения, тепловой и питательный режимы, условия увлажнения и аэрации.

Солнечная энергия – основа существования живых организмов. Из всех живых организмов только растения и фотосинтезирующие бактерии способны аккумулировать энергию Солнца, синтезируя в процессе фотосинтеза из минеральных веществ органические. В растительном организме энергия света проходит сквозь сложную цепь реакций и биохимических процессов, и, в конечном счете, образуются органические соединения.

Биологическое действие солнечного света зависит от его спектрального состава, продолжительности, интенсивности, суточной и сезонной периодичности. Наибольшую значимость для роста и развития растений имеет видимая область спектра (390–710 нм), или фотосинтетически активная радиация (ФАР), которая поглощается пигментами хлоропластов. Видимый свет нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активность ряда светочувствительных ферментов. Свет влияет также на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие.

Растения предъявляют различные требования к условиям освещения – его интенсивности и продолжительности (рис.3.1). Различают светолюбивые, тенелюбивые и тененовыносливые растения.

Рис.3.1 Экологические группы растительных организмов.

Одни растения нормально развиваются только в условиях короткого дня, другие – длинного.

Растения короткого дня (кукуруза, просо, рис, соя, фасоль, хлопчатник и др.) при длительном освещении затягивают развитие, у них удлиняется вегетационный период. Растения короткого дня требуют более интенсивного освещения.

Озимая рожь, овес, пшеница, ячмень, горох, лен-долгунец, вика, горчица – растения длинного дня. Они запаздывают с цветением или совсем не цветут при коротком дне. Им нужен 16— 18-часовой световой день.

Регулировать освещенность сельскохозяйственных растений можно агротехническими приемами (рис.3.2)

Рис.3.2 Агротехнические приемы регулирования освещенности культурных растений

Например, прибавка урожая зерновых культур от направления рядков с севера на юг по сравнению с направлением с запада на восток составляет 0,2—0,3 т/га за счет лучшего освещения растений в утренние и вечерние часы и затенения их друг другом в жаркий полдень.

Более ранние сроки сева, как правило, способствует усилению фотосинтетической деятельности растений и повышению урожая. Запаздывание с посевом относительно оптимального срока приводит к меньшему накоплению органического вещества и недобору урожая. Необходимо учитывать биологические особенности культур и высевать светолюбивые культуры на южных склонах. Недостаток света в полевых условиях сельскохозяйственные культуры могут испытывать при сильной засоренности посевов сорняками, которые могут опережать в росте культурные растения и затенять их.

Промежуточные посевы (озимые, поукосные, пожнивные и подсевные), позволяют эффективно использовать энергию солнечного света и после уборки основной культуры получать на этой же площади урожай зеленой массы другой культуры. Промежуточные посевы служат дополнительным источником корма и органическим удобрением, способствующим повышению плодородия почвы.

Потребность растений в воде обусловлена тем, что вода является обязательной составной частью тканей растений, а питательные вещества поступают к тканям в виде водных растворов.

Количество воды, необходимое растениям зависит от их биологических особенностей, температуры и влажности воздуха, интенсивности солнечного излучения, силы ветра. Потребность в воде у растений существенно изменяется в различные периоды роста и развития.

Существует так называемый критический период, когда растения испытывают наибольшую потребность в воде, а ее дефицит приводит к резкому снижению продуктивности. Как правило, этот период совпадает с периодом активного роста растительного организма, формирования пыльцы и оплодотворением. Так, в период генеративного развития зерновых культур на ранних этапах развития засуха приводит к стерильности цветков (к черезернице и пустоколосью), а на более поздних (молочная, восковая спелость) – к снижению качества и количества урожая плодов и семян, образованию щуплого зерна, недостаточно заполненного питательными запасными веществами, со слабым зародышем.

В условиях недостатка воды в растительном организме возникает водный стресс: резко тормозится развитие растительных клеток, нарушается гормональный обмен. Клетки, образовавшиеся в условиях засухи, отличаются малым размером.

В естественных условиях водный дефицит образуется очень часто.

Полуденный водный дефицит представляет собой нормальное явление и особенной опасности для растительного организма не представляет. Значительному увеличению водного дефицита препятствует сокращение транспирации в ночные часы. В нормальных условиях водоснабжения перед восходом солнца листья растений насыщены водой.

Однако при определенном сочетании внешних условий водный дефицит настолько возрастает, что не успевает восстанавливаться за ночь. В утренние часы листья растений уже недонасыщены водой, появляется остаточный утренний водный дефицит. И если снабжение водой не улучшится, недостаток воды будет все больше и больше нарастать вплоть до утраты тургора. Если своевременно снабдить растение водой, то тургор восстанавливается, жизнедеятельность организма продолжается с большими или меньшими повреждениями.

Различают два типа завядания: временное и глубокое.

Причиной временного завядания чаще всего бывает атмосферная засуха, когда доступная вода в почве есть, однако низкая влажность воздуха, высокая температура настолько увеличивают транспирацию, что поступление воды не поспевает за ее расходованием. Временное завядание не проходит без последствий, однако сравнительно легко переносится растением.

Глубокое завядание наступает тогда, когда в почве почти не остается доступной для растения воды и происходит общее иссушение всего растительного организма.

При водном дефиците в растении наблюдается перераспределение воды. Молодые листья оттягивают воду от более старых, а также от корневой системы. Отмирают корневые волоски. Усиливаются процессы опробковения корней. Последствия такого завядания могут быть необратимыми и губительными.

После длительного завядания растения оправляются медленно. Более того, способность корневой системы к поглощению воды после завядания полностью не восстанавливается.

Такие растения как сорго, просо, кукуруза расходуют влагу экономно, наибольшей потребностью в воде отличаются многолетние травы, несколько меньше она у корнеплодов, ржи, пшеницы, ячменя.

В географическом распределении растений, особенностях физиологических и биохимических процессов, протекающих в растительных организмах, существенную роль играет температура почвы и воздуха.

Тепловой режим почвы формируется за счет поступления, передвижения и отдачи тепла и зависит от количества поступающей лучистой энергии солнца и свойств почвы. Тепловым режимом почвы определяется интенсивность микробиологических процессов в ней. Для большинства микроорганизмов оптимальной является температура почвы 20–25⁰. При понижении температуры до 10⁰ и повышении более 40⁰ деятельность большинства микроорганизмов прекращается.

Требования растений к температурному режиму определяются их биологическими особенностями, стадиями роста и развития. Каждый вид растений предъявляет свои специфические требования к температурному режиму, и для каждой культуры имеется определенный интервал температур, выше и ниже которого изменяется физиологическое состояние растений, нарушается соотношение между ассимиляцией и диссимиляцией.

Различают разные экологические типы растений по отношению к температуре. У растений термофильных (теплолюбивых), экологический оптимум лежит в области повышенных температур. Они обитают в областях тропического и субтропического климата, а в умеренных поясах – в сильнопрогреваемых местообитаниях.

Для криофильных (холодолюбивых), растений оптимальны низкие температуры. К ним принадлежат виды, живущие в полярных и высокогорных областях или занимающие холодные экологические ниши. Промежуточное положение занимает группа мезотермных растений, нуждающихся в умеренных температурах.

При характеристике температурных условий вегетации растений учитывают продолжительность безморозного периода, частоту и степенью вероятности весенних и осенних заморозков.

Активная вегетация некоторых культурных видов растений начитается при температуре воздуха выше 5°С. Их относят к группе холодостойких. Для большинства культур умеренной зоны такой температурой является 10°С, для теплолюбивых культур – 15°С.

Ряд культур – рис, хлопчатник, соя и др.– способны давать высокие урожаи только в условиях теплого климата; ячмень, овес, лен – в условиях умеренного.

Потребность растений в тепле, от которой зависит интенсивность сезонного развития растений, выражается суммой активных (выше 10⁰) температур за вегетационный период. Для роста и развития вида и даже для отдельных сортов растений требуется определенная сумма активных температур. Слишком высокие суммы температур не ускоряют, а тормозят развитие растений.

Каждый вид культурных растений требует определенных температурных условий для прорастания семян. Семена большинства зерновых культур начинают прорастать при температуре почвы 2–4⁰С, конопли, клевера, люцерны, прорастают при температуре почвы 2–3⁰; вики, гороха, ячменя, овса – 4–5⁰; льна, люпина – 6⁰; клубни картофеля – 8–9⁰; а просо и соя дают всходы при температуре почвы не ниже 10–12⁰.

После появления всходов потребности растений в тепле увеличиваются. Большинство культурных растений активно растут и развиваются в температурном диапазоне 25–30⁰. При более высоких и низких температурах отмечается торможение роста.

Действие экстремальных температур влечет за собой целый ряд опасностей для растений: сильное обезвоживание и иссушение, ожоги, разрушение хлорофилла, необратимые расстройства дыхания и других физиологических процессов, тепловое разрушение белков и гибель растения.

Реакция растений на понижение температуры зависит от их биологических особенностей. Так, яровые культуры при отрицательных температурах почвы и воздуха погибают, а озимые переносят понижения температуры до –20⁰ .

Перегрев почвы приводит к повреждению и отмиранию поверхностно расположенных корней, к ожогам корневой шейки.

Все необходимые для питания элементы растения получают через листья и корни. Поэтому различают воздушное (фотосинтез) и корневое питание растений.

В тканях растительных организмов содержатся: углерод – 50%; кислород – 20%; азот – 15%; водород – 8%; фосфор, калий, микроэлементы – 7%. Растения, усваивая углекислый газ воздуха, удовлетворяют 50% запросов в минеральных элементах – таким образом, роль листьев и корней в питании растений примерно одинакова.

Опытом науки и практики сформулирован ряд законов земледелия, которые обобщают влияние факторов на рост и развитие растений, раскрывают связи растений с условиями внешней среды, а также определяют пути развития земледелия, которые должны осуществляться в строгом соответствии с этими законами, устанавливают правила эксплуатации земли как средства производства. Законы земледелия есть не что иное, как выражение законов природы, проявляющихся в результате деятельности человека по возделыванию сельскохозяйственных культур. К основным законам земледелия относятся следующие.

Закон незаменимости и равнозначности факторов жизни растений. Суть закона в том, что ни один из факторов жизни растений не может быть заменен никаким другим. Независимо от количественной потребности в том или другом факторе жизни физиологически они одинаково необходимы растению. Если растению необходим микроэлемент, например бор в ничтожно малом количестве во время цветения для завязывания плодов, и растение его не получает, то нарушается нормальное плодообразование.

Согласно этому закону для нормального функционирования растительного организма должны быть обеспечены все факторы жизни растений. Проявление этого закона носит абсолютный и относительный характер. Абсолютное значение выражается в том, что в каких бы факторах не нуждалось растение, однако отсутствие любого из них ведет к резкому снижению урожайности и даже гибели растения. Например, сколько бы не увеличивали содержание влаги в почве, она не может возместить недостаток тепла или света так же, как нельзя азот заменить фосфором или калием. Из этого закона вытекает вывод о физиологической равнозначности факторов для роста и развития растений. Например, нехватку воды нельзя компенсировать удобрением или наоборот, нецелесообразны попытки замены одного элемента питания растений другим.

Для получения максимально возможного урожая необходимо непрерывно обеспечивать растения всеми факторами в оптимальном количестве. Закон равнозначности и незаменимости факторов жизни растений дает четкое представление о том, что нет главных и второстепенных факторов.

В конкретных условиях этот закон приобретает относительное значение вследствие неодинаковых затрат на обеспечение растений различными факторами.

Дефицит в том или ином факторе жизни определяется не только величиной потребности, но и запасами его в почве и притоком извне. Разница между потребностью и наличием фактора составляет величину дефицита, который должен быть покрыт соответствующими приемами агротехники, мелиорации или химизации.