Растениеводство

Факторы, определяющие рост, развитие растений, урожай и его качество

Специальные термины растениеводства

Для того чтобы исключить различное понимание специальных терминов науки растениеводства, далее приведены пояснения некоторых из них.

Рост растений — увеличение размеров и массы растений.

Развитие растений — качественные изменения структуры и функций отдельных органов растения в онтогенезе, переход его из одного этапа органогенеза в другой, из одной фазы развития в другую.

Рост и развитие растений не всегда проходят синхронно. Например, культуры короткого дня при возделывании в северных широтах с низкой напряженностью температурного режима длительное время не могут набрать сумму активных температур для того, чтобы перейти в следующую фазу развития; в этом случае рост идет быстро, а развитие отстает.

Сорта сои северного экотипа, которым для прохождения онтогенеза необходима сумма активных температур всего 1800 *С, а за вегетативный период — лишь 600 °С, на юге России быстро набирают необходимую сумму, переходят в генеративный период, завершающийся созреванием семян. На ростовые процессы у них не хватает времени, растения остаются низкорослыми (20…30 см), с небольшим числом бобов и семян, хотя на территориях, расположенных на 55° с. ш., они достигают высоты 60…80 см и число бобов на растении превышает 30.

Онтогенез у однолетних культур — развитие растения от семени до семени, у многолетних — от прорастания семени до отмирания растения.

Вегетационный период у однолетних культур — период от посева семян до созревания, у многолетних — от весеннего пробуждения почек до осеннего прекращения роста вегетативных органов и перехода в состояние покоя.

Вегетативный период у однолетних культур — период от всходов до начала бутонизации, у многолетних — от начала весеннего отрастания до бутонизации.

Генеративный период — период от начала бутонизации до полной спелости семян.

При одинаковой продолжительности вегетационного периода у двух сортов одного вида семенная продуктивность выше у того сорта, у которого короче вегетативный и длиннее генеративный период. Вегетативная масса бывает больше у сорта с длинным вегетативным периодом.

Органогенез — последовательное образование и развитие отдельных органов растения в онтогенезе.

Фазы развития растений — условно выбранные периоды онтогенеза, в которые происходят наиболее важные физиологические и морфологические изменения в растении.

Условность фаз можно проиллюстрировать такими примерами: всходы зерновых мятликовых — это появление проростка над поверхностью почвы, однако фазу всходов принято отмечать, когда лопается колеоптиль, а высота листа достигает 3…5 см; фазу кущения отмечают при появлении над поверхностью почвы боковых побегов, хотя подземное ветвление начинается с ростовых процессов почек узла кущения; фазу выхода в трубку отмечают тогда, когда колос со сближенными междоузлиями находится во влагалище листа на высоте 5 см от почвы — так удобнее его прощупывать (фактически же выход в трубку совпадает с началом роста стебля, т. е. происходит на неделю раньше).

Фитоценоз (фито — растение, ценоз — сообщество) — растительное сообщество. Естественный фитоценоз — устойчивое многовидовое растительное сообщество. Агроценоз — одновидовое или многовидовое сообщество растений, искусственно создаваемое человеком (чаще всего это культуры, выращиваемые на пашне).

Урожай — продукция, полученная в результате выращивания сельскохозяйственных культур.

Урожайность — урожай сельскохозяйственной культуры с единицы площади посева. В одних и тех же условиях урожайность одного сорта бывает выше или ниже, чем другого.

Потенциальная урожайность — это наибольшая урожайность сорта, обусловленная генотипом, которая реализуется при удовлетворении всех требований биологии сорта.

Структура урожая — показатели компонентов, от которых зависит величина урожая. Например, при анализе структуры урожая зерновых культур учитывают густоту растений, продуктивную кустистость, число стеблей с колосом на 1 м2, число колосков и зерен в колосе, массу зерна с одного колоса, долю зерна в надземной биомассе (индекс урожая), биологический урожай зерна.

Биологический урожай — количество продукции, выращенной на единице площади. Хозяйственный урожай всегда меньше биологического урожая на величину потерь при уборке.

Норма удобрений — количество действующего вещества, используемое за год на 1 га.

Доза удобрений — часть нормы, применяемая за один прием. Например, норма азота под озимую пшеницу 150 кг/га, ее вносят в три приема: до посева в дозе 30 кг/га (для более дружных всходов и лучшего развития растений до наступления осенних холодов), весной после прекращения горизонтального и вертикального стока воды в дозе 90 кг/га (для активного нарастания вегетативной массы) и в фазе налива зерна в виде некорневой подкормки в дозе 30 кг/га (для повышения белковистости зерна).

Факторы внешней среды

На рост, развитие растений, урожай и его качество в той или иной степени влияет весь комплекс факторов внешней среды. При этом ни один фактор не может быть заменен другим, по своему физиологическому действию все они имеют равное значение для жизни растения. Например, недостаточная освещенность не может быть заменена повышенной температурой, избыток калия не компенсирует недостаток фосфора. Это закон физиологической равнозначности и незаменимости факторов.

Как следствие этого закона, рост, развитие растений, урожай и его качество ограничиваются фактором, находящимся в минимуме. Иногда это следствие интерпретируют как самостоятельный закон — закон минимума.

Из закона равнозначности и незаменимости факторов вытекает еще одно очень важное следствие — все физиологические процессы в растении будут идти активно, генотип может реализовать свою потенциальную продуктивность, если параметры каждого фактора среды будут оптимальными. Избыток каждого фактора так же вреден, как и его недостаток. Например, при избытке воды снижается аэрация почвы, и кислород становится ограничивающим фактором. Это следствие закона равнозначности и незаменимости факторов иногда формулируют как самостоятельный закон — закон оптимума.

Параметры некоторых из этих факторов человек пока не может регулировать, хотя они имеют очень важное, иногда решающее значение (табл. 3). Например, продолжительность безморозного периода ограничивает пределы вегетационного периода (как правило, чем дольше вегетационный период, тем выше продуктивность сорта).

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

При весенне-летнем возврате заморозков отодвигаются сроки посева культур короткодневного фотопериодизма, сокращается период их вегетации, а следовательно, снижается потенциальная урожайность. От напряженности инсоляции зависит скорость прохождения фаз развития: чем она выше, тем быстрее фазы развития сменяют одна другую. Это особенно существенно для теплолюбивых культур.

Исключительно важное значение суммы активных температур как нерегулируемого фактора показано ранее. От суммы осадков и распределения их по периодам вегетации чаще всего зависят величина и качество урожая. Имеет значение и интенсивность осадков. Ливни вызывают большой поверхностный сток, сопровождаемый водной эрозией и слабым смачиванием почвы. Параметры всех этих факторов определяются географической зоной.

По показателям агроклиматических ресурсов сельское хозяйство в России менее обеспечено, чем в странах Западной Европы и Северной Америки (табл. 4). Это значит, что продуктивность 1 га пашни, которая зависит от времени аккумуляции солнечной энергии и влагообеспеченности, потенциально в России в 1,5…2,0 раза ниже, чем в странах Западной Европы и Северной Америки. Для получения одного и того же урожая культуры в нашей стране необходимы большие капиталовложения.

Факторы, определяющие рост, развитие растений, урожай и его качество
4. Агроклиматические условия растениеводства России и других регионов мира

Важные нерегулируемые факторы — зимние температуры воздуха, продолжительность периода, когда земля покрыта снегом, толщина снежного покрова. Из-за низких зимних температур в Восточной Сибири невозможно возделывать озимые культуры, а в малоснежные холодные зимы на юге Сибири происходит вымерзание озимых.

Холмистый рельеф затрудняет выбор возделываемой культуры и сорта. На южном склоне больше солнечной радиации, здесь предпочтительнее размещать теплолюбивые культуры, а на северном склоне — холодостойкие. Следовательно, на холмистой местности желательно иметь набор культур и сортов с различными требованиями к напряженности инсоляции.

Вторую группу факторов можно оценить как частично регулируемые. Это те факторы, которые в принципе можно регулировать, но их регулирование осуществляют на малой площади из-за большой энергоемкости или низкой эффективности приема. Например, влажность почвы можно регулировать с помощью орошения и осушения, но этот прием дорогостоящий, энергоемкий. На больших площадях сельскохозяйственных угодий культуры возделывают при естественной влагообеспеченности, урожай зависит от количества осадков и их распределения по периодам вегетации. Частично регулируемый фактор переходит в ранг нерегулируемого.

Влажность воздуха в фитоценозе возможно регулировать с помощью мелкокапельного орошения, 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.

Важнейший показатель качества почвы — гумусированность. На небольших площадях с помощью внесения органических удобрений в высоких нормах можно повысить гумусированность почвы с 1,0…1,5 до 3…4 %. Но на всей площади посева это невозможно, в лучшем случае при внесении органики и использовании 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 при внесении 1 т СаСО3 рНсол среднесуглинистой почвы сдвигается 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 рНсол почвы должен быть не ниже 6. 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. При такой норме можно сдвинуть рНсол почвы на 0,2…0,4 единицы, но из-за применения азотных и хлорсодержащих калийных удобрений рН восстанавливается до исходного состояния. Для оптимизации почвенного раствора необходимы большие энергетические и финансовые затраты (энергосодержание 1 т СаСО3 составляет в среднем около 8,5 ГДж, а 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 возделывания в условиях короткого вегетационного периода с низкой суммой активных температур подбирают культуры и сорта с соответствующими требованиями биологии. Чтобы избежать повреждения теплолюбивых растений от возврата весенне-летних заморозков, эти культуры высевают в более поздние сроки.

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