Умови життя сільськогосподарських рослин і способи їх регулювання в землеробстві

 

Сільськогосподарські культури перебувають у постійному взаємозв'язку з умовами зовнішнього середовища. Для забез­печення рослин умовами життя необхідно знати їх вимоги до умов вирощування. У зв'язку з цим К. А. Тімірязєв зазначав, що вивчення культурних рослин і їх вимог є основним завданням наукового землеробства. Крім того, науковим завданням зем­леробства є вивчення зовнішніх умов залежно від застосування технологій та життєдіяльності рослин. Невідповідність останніх до вимог рослин призводить до помітного зниження їх продук­тивності і навіть до повної загибелі. І навпаки, максимальне на­ближення всіх факторів життя до вимог культурних рослин за­безпечує максимально можливу продуктивність.

У результаті багаторічних досліджень в галузі фізіології рослин та агрохімії було визначено потреби рослин у факторах життя. Умови зовнішнього середовища помітно впливають на викорис­тання рослинами води та елементів мінерального живлення. Серед умов життя рослин основними є агрофізичні та агрохімічні властивості ґрунту, реакція його ґрунтового розчину, склад ґрун­тового та приземного повітря, наявність у ньому життєздатного насіння бур'янів, збудників хвороб та шкідників, правильне зас­тосування технологій вирощування окремих культур. Від умов зовнішнього середовища ґрунту та атмосфери в значній мірі за­лежить регулювання і використання рослинами факторів життя.

Для росту і розвитку рослин необхідні дві групи факторів: космічні (світло й тепло) і земні (вода, повітря, поживні речови­ни). Проте на ріст і розвиток рослин впливають не лише факто­ри життя, а й умови середовища, тобто зовнішні умови, за яких виявляється дія факторів життя. Умови середовища поділяють на три групи: ґрунтові (будова орного шару, структура, кис­лотність ґрунту тощо), фітологічні (негативний вплив на культурні рослини бур'янів, шкідників і хвороб), агротехнічні (своєчасність і якість проведення польових робіт).

Взаємодія факторів життя рослин у процесі їх росту і розвитку надзвичайно складна і багатогранна. Протягом тривалого часу вона є предметом вивчення біологічних та агрономічних наук. На підставі даних численних дослідів та їх узагальнення були сфор­мульовані закономірності дії факторів життя рослин на форму­вання врожаю. В агрономічній науці ці закономірності відомі як закони землеробства.

Закон незамінності і рівнозначності факторів життя рос­лин. Усі фактори життя рослин незамінні й абсолютно рівно­значні. Жоден з факторів життя, яких не вистачає, не може бути замінений іншим, навіть при надлишку останнього. Цей закон уперше сформулював В. Р. Вільямс. Справді, неможливо заміни­ти воду світлом або азот фосфором, оскільки кожний фактор життя виконує певну фізіологічну функцію. Поняття рівнозначності слід розуміти так, що немає головних і другорядних факторів життя навіть тоді, коли для рослин будь-який з них необхідний у незначних кількостях.

Максимальний урожай можна мати тільки при безперервно­му забезпеченні рослин усіма факторами життя в оптимальних кількостях.

Закон мінімуму (мінімуму, оптимуму, максимуму). Суть цього закону в тому, що величина врожаю визначається факто­ром, який є в мінімумі і в міру забезпечення потреби рослин у ньому кількісно зростатиме доти, поки не буде обмежений іншим фактором.

Уперше цей закон був сформульований німецьким ученим Ю. Лібіхом у 1840 р. на основі теорії мінерального живлення рослин і аналізу причин зниження родючості ґрунту. Лібіх вва­жав, що підвищення врожаю безпосередньо залежить від кіль­кісного збільшення фактора, що перебуває в мінімумі, тобто

У = А · Х,

де У — урожай;

X — наявність фактора;

А — коефіцієнт пропорційності даного фактора.

Дослідами і практикою доведено, що при зміні лише одного фак­тора життя без прямого впливу на інші приріст урожаю поступово зменшується, а потім зростання врожаю і зовсім припиняється внаслідок використання однакових додаткових доз фактора Причина цього — обмежений вплив інших факторів життя, ос­кільки вступає в дію закон мінімуму або обмежуючого фактора Для наочної демонстрації закону мінімуму можна використа­ти так звану «бочку Добенека», висота клепок якої умовно відпо­відає рівню окремих факторів життя рослин (рис. 22). Якщо в таку бочку налити воду, то її рівень, що умовно означає рівень уро­жаю, не перевищуватиме рівня, позначеного найнижче розмі­щеною клепкою.

 

Рис. 22. Графічне зображення закону мінімуму:

1 — максимально можливий урожай; 2 — фактичний урожай

 

Численними дослідами було встановлено, що найвищий уро­жай можна мати лише при оптимальній кількості наявного фак­тора життя рослин.

Обмежувати урожай можуть не тільки фактори життя, а й несприятливі умови середовища (ґрунтові, фітологічні, агро­технічні), наприклад забур'яненість, кислотність ґрунту. Тому за­стосовувати заходи негативного впливу умов середовища на культурні рослини недоцільно.

Закон сукупної дії факторів життя рослин. Суть цього зако­ну в тому, що для отримання високого врожаю необхідна наявність усіх факторів життя в оптимальному співвідношенні. Це підтверд­жується багаторічними дослідами, в яких вивчали вплив на уро­жайність різних доз кількох факторів життя, а також можливість отримання високих урожаїв культурних рослин. Зростання вро­жаю можливе лише тоді, коли такий вплив спрямований одно­часно на весь комплекс умов. Цей комплекс умов становить одне ціле, всі фактори якого зв'язані міцними зв'язками. Вплив на один із цих факторів неминуче вимагає необхідної дії і на решту фак­торів (рис. 23). На рис. 23 крива а₁Аа₂ характеризує урожайність при постійному збільшенні одного фактора: а,Л — при нарощу­ванні фактора до оптимуму, а крива Аа₂ — після досягнення оп­тимуму. Крива АБВ характеризує безперервне підвищення уро­жайності, коли кожний з факторів (А, Б, В) перебуває в оптимумі.

 

Рис. 23. Графіки врожайності культури при нарощуванні одного довільно взятого фактора (зліва) та при сукупності кількох факторів, взятих в оп­тимумі (справа)

 

Закон повернення, відкритий Ю. Лібіхом, передбачає повер­нення в ґрунт елементів живлення, які були використані росли­нами і винесені врожаєм. Порушення цього закону призводить до зниження родючості ґрунту.

Землеробство, як галузь виробництва, матеріальне за своєю природою. Урожай, як матеріальна субстанція, створюється з матеріальних складових частин, і певна частина його створюєть­ся за рахунок речовин та енергії ґрунту.

При відшкодуванні використаних рослинами речовин та енергії ґрунту його родючість зберігається, а коли в ґрунт повер­тається більша кількість елементів живлення порівняно з вине­сеною врожаєм, то родючість ґрунту підвищується, тобто відбу­вається його розширене відтворення.

Закон повернення є науковою основою відтворення родю­чості ґрунту, на що має бути спрямований увесь комплекс за­ходів у сучасному інтенсивному землеробстві.

Велике значення для одержання високих і стійких урожаїв сільськогосподарських культур високої якості має додержання усіх законів землеробства, особливо закону сукупної дії факторів життя рослин. Велике значення для дії цього закону має відтво­рення родючості ґрунту.

Отже, закони землеробства визначають взаємодію факторів життя рослин на загальнобіологічному рівні. В землеробстві дія цих законів виявляється в науково обґрунтованих системах зем­леробства через родючість ґрунту та комплекс заходів.

Прийоми регулювання факторів життя сільськогоспо­дарських культур. Взаємозв'язок факторів життя і їх вплив на рослини та ґрунт вивчають хімія, агрономічна фізика, фізіологія та біохімія рослин. Землеробство, яке ґрунтується на цих науках, розробляє способи оптимізації умов життя культурних рослин. Регулювання ґрунтових та надземних режимів набуває особли­вого значення тоді, коли потреба рослин у факторах життя не забезпечується звичайними природними умовами.

Світло

Світло має велике значення у житті рослин. Під його впливом у рослинах і відбувається фотосинтез, у процесі якого утворю­ються органічні речовини. Водночас у повітря рослини виділя­ють кисень, необхідний для дихання всіх організмів.

Світло значно впливає на процеси росту та розвитку рослин. При недостатньому освітленні порушується нормальний ріст більшості рослин — формуються видовжені, тонкі і слабкі стеб­ла. Недостатня інтенсивність світла позначається на якості вро­жаю — знижується вміст білка в зернових, цукру в цукрових бу­ряках, крохмалю в картоплі, жиру в насінні соняшнику тощо.

Фотосинтезу належить провідна роль в утворенні органічної речовини рослин. Завдяки цьому процесу утворюється 95% маси сухих речовин рослини. Тому керування фотосинтезом посіву-один з найефективніших шляхів управлінням продуктивністю рослин.

До найважливіших факторів, що визначають рівень продук­тивності посівів сільськогосподарських культур, належать: енер­гія сонячного світла, яка забезпечує проходження фотосинтезу; забезпечення посівів вуглекислим газом; рівень мінерального живлення, умови водопостачання та тепловий режим.

Основне завдання землеробства — використання енергії со­нячної радіації з найбільшим коефіцієнтом корисної дії.

Променева енергія сонця у більшості випадків впливає на особливості процесів росту, форму і розміщення листків у рос­лин та ін. Вона бере участь не тільки у формуванні органічної речовини, але і у її перетворенні й відкладанні, впливає побічно та безпосередньо на процеси загартування рослин і на посу­хостійкість. Світло також впливає і на формування органів рослин.

У похмуру погоду або в загущених осінніх сходах у злаків ко­нус наростання основного стебла та пагонів завжди виноситься (піднімається) ближче до поверхні ґрунту, їх ріст за умов недостат­нього освітлення припиняється із запізненням. Все це зумовлює невелику продуктивність таких сходів. Науковими дослідженнями встановлено, що у зв'язку з різною інтенсивністю освітлення неоднаково відбуваються біологічні, фізіологічні та біохімічні про­цеси в рослинах, що в кінцевому результаті впливає на вміст хло­рофілу, анатомію, морфологію окремих органів та габітус рослин. Світловий режим озимої пшениці впливає не тільки на розвиток, але й на процеси росту, висоту стебла, кількість листків, довжину та ширину листкової пластинки. У середньому вглиб травостою пшениці надходять тільки 15-20% сонячної радіації.

Для нормального росту і розвитку рослин озимої пшениці необхідна мінімальна інтенсивність освітлення — 1,8 тис. люксів. Пряме сонячне світло опівдні дає 30-40 тис. люксів. Недостатнє освітлення може послаблювати фотосинтез, що негативно впли­ває на врожай, а в поєднанні з багатим азотним фоном призво­дить у зернових культур до різкого збільшення стерильності квіток.

Оптимальна інтенсивність освітлення є необхідною умовою, яка забезпечує високу фотосинтетичну активність рослин, фор­мування високопродуктивних репродуктивних органів.

Важливим якісним показником стану посівів, здатних з вели­ким ККД засвоювати енергію світла та СО₂ з повітря, є достатньо висока оптична діяльність при великій сумарній поверхні асим-ілюючих органів, головним чином листків.

Зміни в інтенсивності освітлення часто тісно пов'язані із змінами температурного режиму ґрунтів і посівів. Останні по­мітно впливають на проходження мікробіологічних процесів у ґрунті, а тим самим і на поживний режим ґрунту. Тому питання впливу світла на рослини є важливим як з теоретичної, так і з практичної сторони. Оптимальний світловий режим посіву мож­на створити відповідною нормою висіву, способами сівби, роз­міщенням рослин на площі, кількістю їх у рядках та ін. Цими за­ходами можна помітно збільшувати коефіцієнт корисної дії фотосинтезу. Підраховано, що на поверхні землі теоретично максимально можливе значення ефективності природного світ­ла для фотосинтезу знаходиться в межах від 16 до 24%.

Для росту і розвитку озимих культур, багаторічних трав, пло­дових культур має значення час весняного відновлення вегетації, від якого залежать стартові для рослин дози світлової і теплової енергії. Вплив цього важливого екологічного фактора на одні культури виявляється відразу після весняного пробудження. При ранніх строках відростання озимі краще кущаться і вкорінюють­ся, у них більша площа листкової поверхні, підвищується фото­синтетичний потенціал. Раннє відновлення вегетації озимини позитивно впливає на ріст вегетативної маси та освітленість у нижніх ярусах стеблостою, що помітно впливає на формування міцності нижніх міжвузлів та стійкість рослин проти вилягання. Пізнє відновлення вегетації зумовлює формування низькорослих хлібів, зрідженість стеблостою тощо.

Культурні рослини по-різному реагують як на загальну кількість світла протягом вегетації, так і на тривалість світлового дня: одні швидше дозрівають при довгому світловому дні, інші — при ко­роткому. До рослин довгого світлового дня (умовно) відносять жито, пшеницю, овес, ячмінь, вику, горох, льон, картоплю, ка­пусту, а до рослин короткого світлового дня — просо, сорго, со­няшник, кукурудзу, сою, квасолю, бавовник та ін.

За вибагливістю до інтенсивності світла розрізняють світло­любні (вирощують на півдні) і менш світлолюбні рослини. Різни­ми прийомами агротехніки можна поліпшувати умови освітлен­ня вирощуваних культур (спосіб сівби, густота посівів, напрям рядків з півночі на південь). Залежно від біологічних особливос­тей культур та призначення врожаю посіви одних культур розмі­щують у напрямі на південь, інших — на північ, одні культури ви­рощують у підвищених, інші — у понижених місцях. Щоб посилити доступ до рослин світла та інших факторів життя, важ­ливо своєчасно прорідити посіви, наприклад цукрових буряків, а також прополоти їх за допомогою відповідних механізмів або гербіцидів. У деяких випадках посіви притінюють кулісами, на­приклад при вирощуванні огірків.

Завданням технології вирощування культур є підвищення ко­ефіцієнта використання рослинами світла через посилення в них процесів росту та асиміляції.

 

Вода

У рослинному організмі води міститься від 75 до 90%. З її надходженням і рухом пов'язані всі життєві процеси рослин. При наявності води, доступу повітря і теплоти насіння рослин буб­нявіє і проростає, у рослину надходять елементи живлення, в рослинному організмі відбувається фотосинтез, утворюються нові органічні речовини, ростуть тканини.

У жарку погоду вода захищає рослину від загибелі: переміщу­ючись по рослині, вона охолоджує її і цим підвищує стійкість її проти високих температур. Вода підтримує тургор клітин та розно­сить продукти асиміляції по окремих органах. За допомогою води відбувається кореневе живлення та виділення непотрібних речовин. Вода регулює ріст і розвиток рослин. Нестача її призводить до недобору врожаю, пригнічення, а іноді і повної загибелі рослин. Проте і надлишок води негативно впливає на більшість сільсько­господарських культур, крім рису та інших вологолюбних рослин.

Для рослин вода потрібна з моменту висівання насіння і до закінчення формування врожаю. Використовувати воду рослина починає від моменту бубнявіння насіння. Кількість її, потрібна для нормального проростання насіння, неоднакова для різних сіль­ськогосподарських культур (табл. 60).

Таблиця 60