Культерные растения. Рост и развитие полевых культур. Факторы жизни

1. Растениеводство как наука и отрасль АПК

2. Понятие о культурном растении

3. Рост и развитие полевых культур

4. Факторы жизни растений

1. Растениеводство как наука и отрасль АПК.Сельскохозяйственное производство – древнейшая отрасль человеческой деятельности, впитавшая и отражающая быт, культуру, развитие, менталитет и в целом уровень и характер цивилизации народов.

Задача агропромышленного комплекса республики, а растениеводства, как его составляющей – обеспечение продовольственной безопасности страны. В области растениеводства эта задача решается через производство продуктов питания для населения, кормов для сельскохозяйственных животных, а также разнообразного сырья для перерабатывающей промышленности.

В Беларуси АПК вообще, а растениеводство в частности, развиваются на основе соответствующих Государственных программ по возрождения и развития села.

Растениеводство – одна из важнейших учебных дисциплин определяющих профессиональную подготовку агрономов. Термин «растениеводство» разнопланов. С одной стороны это отрасль агропромышленного комплекса, задачей которой как отмечалось выше, является производство в промышленных масштабах полевых культур, урожай которых используется в качестве продуктов питания, корма для сельскохозяйственных животных, растительного технологического сырья для перерабатывающей промышленности. С другой стороны растениеводство является учебной дисциплиной и наукой, призванной решать проблемы отрасли растениеводства.

Растениеводство – как о растениях полевой культуры: их ботанических особенностях, систематике, закономерностях роста, развития, формирования урожайности, отношению к экологическим факторам жизни, приемах выращивания. Таким образом, центральным объектом изучения в науке «Растениеводство» являются возделываемые полевые культурные растения.

Все физиологические процессы, протекающие в растениях, как в живых организмах, и связанные с созданием и накоплением органического вещества, осуществляются в определенной среде обитания. Среда обитания оказывает воздействие на растения посредством разнообразных факторов жизни – солнечной радиации, света и тепла, влаги, питательных веществ почвы, атмосферного и почвенного воздуха. Жизнедеятельность и функционирование растений осуществляются благодаря аккумуляции факторов жизни. В процессе эволюции растения сформировали разнообразные органы, благодаря функционированию которых из неорганических создаются органические вещества, обеспечивающие жизнедеятельность организма. Продукты синтеза передвигаются в определенных направлениях и откладываются впрок в запасающих органах.

В процессе эволюции также вырабатывалась норма реакции растений на факторы жизни, на их количественные параметры и характеристики. Чем дольше во времени и ближе к оптимуму количественно проявляются факторы жизни растений, благоприятнее их сочетание, тем комфортнее чувствует себя растение и тем большую продуктивность мы вправе от него ожидать.

Количественное проявление факторов бывает различным. И разрыв между оптимальным и фактическим значением фактора в значительной степени может быть компенсирован тем или иным приемом агротехники.

Растениеводство представляет собой единство – растение–факторы жизни (среда обитания) – способы и средства воздействия на растение и среду обитания. Исходя из этого, общая задача растениеводства как науки сотоит в изучении растений, факторов их жизни и разработка наиболее действенных приемов и способов воздействия на среду обитания агротехническими приемами с целью привести факторы жизни растений в наиболее благоприятное количественное сочетание.

Общая задача растениеводства как отрасли АПК состоит в: использывании научных разработок; в условиях производства агротехнические мероприятия выстраивать таким образом, чтобы добиться максимальной продуктивности растений и посевов, при этом полученный продукт должен быть высококачественным конкурентоспособным, затраты на его производство минимальными, как и минимальное давление применяемых приемов на окружающую природу.

Растениеводство тесным образом связано с другими биологическими и прикладными науками: ботаника; физиология растений; биохимия; агрометеорология; почвоведение; агрохимия; селекция; семеноводство; земледелие; защита растений; механизация, экономика. Достижения и выводы в области этих наук имеют прямое отношение и к растениеводству.

Задачи науки «Растениеводство» определяются задачами отрасли. Главной задачей отрасли растениеводства, важнейшей составляющей АПК является обеспечение продовольственной безопасности республики. В этом плане центральной проблемой отрасли была и остается проблема производства зерна. В 2008 г. в республике была получена рекордная урожайность зерна – более 38 ц/га зерновых и зернобобовых культур. В некоторых хозяйствах урожайность зерновых культур, превысил отметку 60–70 ц/га, достигала 90 и даже 100 ц/га. В 2009 г. валовый сбор зерновых составил более 9,0 млн. тонн.

Чрезвычайно актуальной является проблема производства кормов (в том числе через проблему производства зерна) со сбалансированными показателями энергии и белка. Основное количество кормов в республике производится на пашне.

Весьма актуальны проблемы производства качественной продукции рапса, сахарной свеклы, льна, картофеля.

При всей сложности ситуации задача науки заключается в том, чтобы обеспечить, точнее обосновать производство продукции растениеводства с минимальными затратами на единицу продукции энергии, труда, ресурсов, одновременно создавая задел на перспективу.

Становление растениеводства как науки и учебной дисциплины связано также с именами, как И.А. Стебут, Н.И. Вавилова, Д.Н. Прянишникова. Существенный вклад в развитие растениеводства внесли белорусские ученые М И. Афонин, Н.И. Вострухин, З.А. Дмитриева, А.И. Козловский, М.С. Савицкий, В.П. Самсонов, И.Г. Стрелков, С.Г. Скоропанов и многие другие.

2. Понятие о культурном растении.На Земле произрастает более 400 тысяч видов растений. Большая их часть свыше 250 тысяч видов – покрытосемянные цветковые растения. Флору Беларуси представляют более 1500 видов высших растений, из них свыше 1400 видов покрытосеменные, среди которых более 1000 видов – двудольные, коло 350 видов – однодольные. Возделываемых человеком культур значительно меньше. В мировом растениеводстве достаточно широко используется до 1500 видов, среди них наиболее ценных не более 650. Однако важнейших по хозяйственному значению лишь около 250 видов. Основными продовольственными культурами человечеству служат всего 20–30 видов. Главными растениями полевой культуры Беларуси являются пшеница, рожь, тритикале, ячмень, овес, кукуруза, гречиха, горох, люпин, вика, рапс, лен-долгунец, сахарная свекла, картофель, клевер, люцерна, тимофеевка, овсяница, небольшие посевные площади занимают просо, соя, кормовая свекла и морковь, галега восточная, хмель, тмин и другие культуры, входящие в различные ботанические семейства. Каждая из названных выше культур в свою очередь представлена большим количеством сортов и гибридов.

Все возделываемые растения были взяты человеком из дикой флоры и прошли сложный путь окультуривания.

Культурными следует считать достаточно большую группу разнообразных видов растений, выделенных человеком из дикой флоры, вовлеченных им в качестве объектов производства для удовлетворения самых разнообразных потребностей и отличающихся от своих диких сородичей пригодностью к эффективному возделыванию.

Окультуривание растений началось еще в доисторическую эпоху и связано с самыми ранними этапами земледелия. Сознательным выращиванием растений человек занимается примерно 10 тысяч лет. Для окультуривания большинства ныне возделываемых видов понадобилось от одной до семи тысяч лет. Реализовать свои положительные качества культурные растения могут только с помощью человека.

Превращению вовлекаемых в процесс возделывания представителей дикой флоры в культуные растения способствовало создание благоприятных условий для их произрастания за счет обработки и рыхления почвы, удобрения бытовыми отходами, орошения, удаления растений – конкурентов и т.д. Изначальное земледелие и выращивание практически всех культур носило мотыжный характер, характер огородной культуры. Это позволяло заметить и отобрать из массы растений лучшие, наиболее интересные экземпляры. В результате возникали новые формы, выделялись пластичные экземпляры, которые постоянно отбирались для размножения. За счет миграции племен, возделываемые растения попадали в новые почвенно-климатические условия, где могли проявляться способные к изменчивости полезные признаки.

С течением времени менялся образ жизни человека, одни цивилизации сменялись другими, новыми. Постоянно набор выращиваемых растений претерпевал определенные изменения, менялись, улучшались и совершенствовались способы возделывания культур. Возрастающие потребности и запросы человека требовали как увеличения продуктивности растений, так и расширения разнообразия качества получаемых продуктов.

Развитие науки о растениях, совершенствование методов селекции позволили, в конечном счете, не только отбирать удачные формы из огромного по своим объемам селекционного материала, но и создавать, конструировать сорта с заданными параметрами.

3. Рост и развитие полевых культур.Рост – увеличение массы растения, независимо за счет каких частей и органов это происходит.

Развитие – качественные преобразования в структуре и функциях органов растения, отличаемые в процессе перехода от одной фенофазы к другой.

Онтогенез – индивидуальное развитие растения от зарождения до отмирания (у однолетних – от семени до семени, у многолетних – от прорастания семян до отмирания – до естественной смерти).

Органогенез – формирование и развитие органов растения в процессе онтогенеза.

Морфогенез – развитие морфологических структур растений в онтогенезе.

Филогенез – процесс исторического развития растений.

Фазы роста и развития растений (фенофазы) – переломные периоды онтогенеза, характеризующиеся резкими переменами в морфологии растения и сопровождающиеся изменениями физиологических процессов.

Вегетационный период: 1) время прохождения полного цикла развития растения – у однолетних культур это время от посева до созревания семян; у многолетних – от весеннего пробуждения почек до прекращения роста вегетативных органов осенью и перехода их в состояние покоя; 2) время года, когда растения могут активно расти, развиваться и формировать урожай.

Вегетативный период развития – период от появления всходов до начала бутонизации (у однолетних растений); от начала весеннего отрастания до начала бутонизации (у многолетних растений).

Генеративный период развития – период от начала бутонизации до завершения формирования генеративных органов, т.е. семян.

Фитоценоз – сообщество растений, характеризующееся определенными видами составом и связями между растениями и с факторами внешней среды(болото, луг). Агрофитоценоз обычно одновидовые сообщества культурных возделываемых растений. Могут быть многовидовые агрофитоценозы – посевы многолетних трав, однолетних травосмесей и т.д.

Урожай – валовая продукция, выращенная на поле.

Урожайность – это урожай, отнесенный к единице площади поля.

Потенциальная урожайность – максимальная урожайность – продуктивность, на которую способны культура (сорт) при создании для них идеальных условий.

Биологическая урожайность – выше фактической урожайности на величину потерь при уборке, то есть это вся урожайность созданная на единице площади.

Структура урожая – количественные параметры компонентов, составляющих величину урожая (число растений×индивидуальную продуктивность растений)

Развитие растений – чрезвычайно сложный и, главное, разноплановый и разносторонний процесс. Поэтому до настоящего времени нет какой-то единой, всеобъемлющей теории развития растений.

4. Факторы жизни растений.Опыт земледелия показал, что величина растениеводческой продукции, ее качество зависят от притока энергетических средств в виде различных элементов минерального питания, света, воды, тепла, воздуха. Эти факторы жизни растения получают из космоса, атмосферы, почвы. На растения влияют не только факторы жизни, но и условия среды, при которых проявляется их действие. К ним относят почвенные, фитобиологические и агротехнические показатели.

Оптимизация условий произрастания в соответствии с требованиями полевых культур составляет научную основу земледелия. Познание связи растений с окружающей средой и воздействие на нее составляет главную основу земледелия. Второй и последующей основой научного земледелия является учение о почвенном плодородии, которое складывается из величины агрохимических и агрофизических свойств, а также согласование требования растений с условиями среды путем воздействия на свойства почвы. Почва с ее многообразными свойствами, уровень питания растений, условия вегетационного периода, приемы агротехники, само растение, находясь в тесной взаимосвязи, определяет величину урожая. Отклонение фактора от нормы ограничивает величину урожая. Уровень максимально возможного урожая зависит в большей степени от нерегулируемых или труднорегулируемых факторов земледелия, которые и ограничивают развитие растений.

Источники вещества энергии, которые участвуют в образовании тел растений, влияют на особенности их роста и развития, урожайность и качество продукции. В земледелии их называют факторами жизни растений.

Свет. Жизнедеятельность растений зависит от фотосинтетически активной радиации обеспечивающей фотосинтез растений. Решающую роль для роста, развития и урожайности играют интенсивность и спектральный состав света, а также продолжительность светового дня. Например, красные и оранжевые лучи – основной вид энергии для фотосинтеза, они задерживают переход к цветению. Синие и фиолетовые стимулируют образование белков. Желтые и зеленые лучи минимально физиологически активны.

В процессе роста и развития растений, при формировании продуктивной части урожая растения используют от десятых долей до 2–3% фотосинтетически активной радиации. В условиях Беларуси обеспечивается такой приток фотосинтетической радиации, которой не ограничивает получение высокой продуктивности растений. В этом плане задача заключается в создании соответствующих условий для максимального ее использования, путем снабжения растений питательными веществами и влагой, густотой и размещением растений на площади, уничтожением сорняков. Причиной снижения коэффициента использования фотосинтетически активной радиации может быть низкий уровень плодородия почвы, недостаток или избыток влаги, несоответствие видов и сортов растений климатическим и почвенным условиям, недостаточной агротехникой.

При недостатке света растения вытягиваются в росте и полегают, ослабляются механические свойства стебля, уменьшается количество вырабатываемых органических веществ.

Тепло. Все растения растут и развиваются при определенном количестве тепла. Исключение составляют озимые хлеба. Так, для прорастания семян озимой ржи, гороха, конопли, вики требуется минимальная температура 1–2, пшеницы 3–4, кукурузы и проса 8–10. Для полного своего развития культуры требуют различных сумм средних суточных температур. Озимая рожь требует от 1700 до 2100, овес – от 1900 до 2300, картофель – от 1300 до 3000, сахарная свекла – от 2400 до 3700.

Температура оказывает большое влияние на физиологические процессы в растении: с повышением температуры усиливается дыхание и расход углеводов, сокращается период вегетации, быстрое созревание. Отмечено, что в отдельные годы повышенный температурный режим снижал урожай ячменя сокращением периода вегетации на 10–14 дней и снижением продуктивности на 20–30%.

Теплообеспеченность вегетационного периода выражают средней многолетней суммой суточных температур воздуха за период, когда их величина превышает 10⁰С. Сумму температур, накопленную за этот период, именуют активной. По величине суммы активных температур выделяют районы с различными ресурсами тепла. Суммы активных температур выше 10 в Беларуси колеблются от 2000 до 2600 . По этому признаку территория разделена на: северную зону – прохладная, центральную – умеренно теплую и южную – повышенно теплую.

Большое значение имеет температурный режим почвы. Этот показатель обуславливается притоком на ее поверхность энергии солнца и отчасти тепла из более глубоких слоев. При пониженной температуре почвы растения лучше развивают корневую систему, что положительно отражается на всей вегетации растения и продуктивности. Поэтому ранние сроки посева более предпочтительны. При высоких температурах почвы корневая система развивается слабо, неглубоко проникает в почву и не способна использовать воду и питательные вещества из более глубоких слоев.

Степень нагревания поверхности почвы солнечными лучами зависит от цвета, влажности, растительного покрова, гранулометрического состава. От температуры почвы зависит растворимость минеральных веществ, жизнедеятельность почвенных микроорганизмов.

Вода. Вода способна быть растворителем и средой передвижения и обмена веществ в растении и почве. Она входит в состав организма растений, способствует поступлению питательных веществ в растение, участвует в синтезе органических веществ, предохраняет растительный организм от перегрева.

Источником снабжения растений водой является почва. Основные запасы влаги в почве создаются за счет осадков, грунтовых вод и способности почвы удерживать влагу. Запас продуктивной влаги, как представлено в таблице находится в большой зависимости от гранулометрического состава почвы. На легких почвах он снижается на 35–40% в сравнении с запасом на почвах связного состава.

Влажность почвы является одновременно фактором, влияющим на ее тепловые свойства. Благодаря испарению почва не перегревается. С влажностью почвы тесным образом связаны степень увлажнения почвы, ее твердость, характер крошения при обработке, доступность растениями питательных веществ. Для многих культур большое значение имеет увлажнение пахотного слоя, где расположена основная масса корней. Длительное переувлажнение пахотного слоя выносят многолетние травы, по сравнению с зерновыми, и тоже время они требуют хорошей аэрации. Зерновые культуры не выносят застоя поверхностных вод. Это связано с биологическими особенностями этих культур и частности с коэффициентом водопотребления.

Воздух. Из воздуха растение потребляет кислород и углекислый газ из приземных слоев атмосферы. Кислород необходим растению для дыхания и работы почвенных микроорганизмов для прорастания семян, потребляется корнями растений, а углекислый газ для синтеза пластических веществ. Получающая при дыхании энергия необходима растению для роста и развития. Особенно требовательны к кислороду корнеклубнеплоды и бобовые культуры, менее – зерновые, многолетние травы и кукуруза.

Основным источником для пополнения атмосферы углекислым газом является почва. Он образуется здесь в результате дыхания корней и жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в разложении органического вещества. Углекислый газ усваивают и корни растений. Поэтому любые мероприятия направленные на улучшение условий работы микроорганизмов и увеличение содержание органического вещества (навоз, растительные остатки) будут способствовать его увеличению. В почвенном воздухе кислорода меньше, чем углекислого газа.

В окультуренных почвах содержание в почвенном воздухе 7–12% кислорода обеспечивает интенсивное дыхание корней, хороший их рост и поглощение питательных веществ. При более низком содержании кислорода в почвенном воздухе, иногда до 1–2% приводит к ухудшению развития растений.

В почве происходит периодический газообмен. Газообмен между почвой и атмосферой имеет большое значение для плодородия почвы и продуктивности растений. Чем быстрее он происходит, тем благоприятнее условия для жизни растений, а также для почвенных биохимических процессов. Для большинства растений оптимальным считают соотношение 40% газообразной фазы к 60%-воды.

Питательные вещества. В процессе вегетации растения потребляют и выносят из почвы большое количество питательных веществ. Наиболее главными для растений являются азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера. Положительное влияние на развитие и урожай растений оказывают зольные элементы. Растения используют только легкодоступные формы.

Азот. В растение поступает в виде минеральных солей-нитратов или солей аммония. В организме растений азот перерабатывается в органическую форму с образованием белковых веществ. Азот в почве находится главным образом в составе гумуса.

Фосфор. Он способствует повышению урожайности растений, отложению сахара в сахарной свекле, крахмала в картофеле, повышает качество волокна льна.

Калий. При его недостатке уменьшается образование и накопление углеводов (крахмала, сахара). Калий повышает устойчивость растений к заболеваниям, а вместе с фосфором увеличивает зимостойкость озимых зерновых.

Кальцийувеличивает мощность корневой системы, уменьшает вредные явления ионов водорода и алюминия. Сера, магний, железо участвуют в окислительных процессах. Без железа невозможен сам фотосинтез хлорофилла. При его недостатке листья бледно-желтые.

Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Они оказывают влияние на процессы обмена веществ в растениях.

Использование элементов питания растениями зависит от их доступности, влажности, температуры, реакции почвенного раствора, биологическими особенностями и условиями выращивания растений. Одни растения равномерно потребляют питательные вещества в течение вегетации, другие в начальный период развития или в период накопления массы корнеклубнеплодов. Отличительной особенностью большинства сельскохозяйственных культур является то, что максимум потребления элементов питания приходится на определенный период развития.