Умови життя рослин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Відношення рослин до світла

Встановлено, що в процесі фотосинтезу сільськогосподарські рослини на 1га посіву за звичайних умов росту засвоюють з повітря за добу в середньому 120-250 кг С02. Для врожаю озимої пшениці 40 ц/га рослини повинні поглинути з повітря не менше як 20-25 т С02. Така кількість С02 міститься в шарі повітря заввишки 200 м на 1га посіву.

Розподіл С02 в різних шарах атмосфери неоднаковий. Найбільша його кількість міститься в приземному шарі, а також у повітрі ґрунту. Особливо багато С02 в ґрунтовому повітрі орного шару, де його кількість досягає 0,12-2,5%. Значна концентрація С02 в ґрунті (вище 1%) токсична для коренів рослин, життєдіяльності більшості аеробних мікроорганізмів.

У сонячні дні при енергійному фотосинтезі вміст С02 в повітрі, яке оточує рослину, зменшується до 0,012%. Основним джерелом поновлення С02 приземного шару повітря є ґрунт, де він утворюється внаслідок дихання мікроорганізмів, розкладання органічної речовини, добрив, рослинних решток, а також завдяки диханню кореневої системи рослин. На величину утворення і інтенсивність виділення С02 з ґрунту впливають запаси органічних речовин і елементів мінерального живлення в ґрунті, вологість, температура, структура, його будова тощо.

Різні ґрунти виділяють неоднакову кількість СО2: піщаний неудобрений за 1 годину на 1 га в середньому 2 кг, суглинок -- 4, багаті перегноєм чорноземи різних типів -- від 10 до 25, середньо удобрений ґрунт -- 5 кг. Тому внесення органічних і мінеральних добрив, поліпшуючи живлення рослин, посилює процес утворення СО2 ґрунтовими мікроорганізмами.

Променева енергія сонця у більшості випадків впливає на особливості процесів росту, форму і розміщення листків у рослину та ін. Вона бере участь не тільки у формуванні органічної речовини, а й у її перетворенні й відкладанні, впливає побічно та безпосередньо на процеси загартування рослин і їх 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 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, а й на процеси росту, висоту стебел, кількість листків, довжину та ширину листкової пластинки. У середньому в глибину травостою пшениці надходить 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 азотовим фоном призводить у зернових культур до різкого збільшення стерильних квіток.

Важливим якісним показником стану посівів, здатних з високим ККД засвоювати енергію світла та СО2 з повітря, є достатньо висока активна діяльність при великій сумарній поверхні асимілюючих органів, головним чином листків.

Зміни в інтенсивності освітлення часто тісно пов'язані зі змінами температурного режиму ґрунтів і посівів. Останні помітно впливають на проходження мікробіологічних процесів у ґрунті, а тим саме і на поживний режим ґрунту. Тому питання впливу світла на рослини є важливим як з теоретичного, так і з практичного боку. 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 16-24%.

Для підвищення продуктивності озимих культур, багаторічних трав велике значення має період весняного відновлення вегетації. Залежно від цього періоду рослини дістають різні дози стартової світлової і теплової енергії. На одних культурах вплив цього важливого екологічного фактора проявляється відразу ж після пробудження. За ранніх строків відростання озимі сильніше кущаться і вкорінюються, в них розвивається більша площа листкової поверхні, їхній фотосинтетичний потенціал підвищується. Ранній період відновлення вегетації озимини позитивно впливає на ріст вегетативної маси, освітленість у нижніх ярусах стеблостою, що призводить до формування міцних нижніх міжвузль і стійкості рослин до вилягання. Пізнє відновлення вегетації зумовлює формування низькорослих рослин, зрідженість стеблостою і зниження продуктивності культур.

Серед вищих рослин широко розповсюджений фотоперіодизм, пов'язаний з адаптацією їх до сезонних режимів освітлення. До фотоперіодичних реакцій відноситься цвітіння, бульбоутворення, формування репродуктивних органів, перехід до стану спокою та ін.

За реакцією на довжину дня рослин розділяють на три основні групи: довгого дня, короткого дня та нейтрального дня.

Рослини довгого дня цвітуть та плодоносять при довжині дня не менше 12 год. До них відносяться озимі та ярі злаки першої групи (пшениця, жито, ячмінь, овес), всі культури родини капустяних, горох, квасоля, сочевиця, вика, цукрові буряки, льон та картопля.

До групи короткого дня відносять види, цвітіння яких прискорюється з скороченням денного освітлення (менше 12 год.): злаки другої групи (кукурудза, просо, мочар, сорго), соя, квасоля, бавовник, тютюн, хміль та ін.

Тривалість вегетаційного періоду у короткоденних рослин зменшується у міру переміщення на південь, а у довгоденних -- на північ.

До рослин нейтрального дня відносять види, які не мають фотоперіодичної чутливості та цвітуть одночасно за різної довжини дня -- боби, гречка, соняшник та ін.

Крім цих груп, виділяють рослини проміжні, які зацвітають при середній тривалості дня; рослини короткоденні швидше зацвітають при дії на них спочатку коротким, а потім довгим днем; рослини довгокороткоденні -- ті, які швидко зацвітають після перебування їх спочатку в умовах довгого, а потім короткого дня.

Фотоперіодична реакція видів та різновидностей рослин пов'язана з їх географічним походженням. Рослини короткого дня походять з тропічних та субтропічних країн. У помірних широтах переважають рослини довгого дня.

Для кожної рослини властива певна амплітуда світлової напруги. Виділяють три екологічні групи рослин по відношенню до світла: геліофіти, тіньовитривалі та тіньові (сунофіти). У тіньовитривалих рослин інтенсивність фотосинтезу може досягати максимуму -- близько 50% повного денного освітлення.

Завданням технології є підвищення коефіцієнта використання світла рослинами посиленням у них ростових процесів і асиміляції.

2. Відношення рослин до вологозабезпечення

У житті рослин вода має надзвичайно велике значення. Рослинний організм містить її 75-90 і більше відсотків. З надходженням і рухом води в рослині пов'язані всі її життєві процеси. При наявності води, повітря і тепла насіння рослин бубнявіє і проростає, ростуть тканини, надходять у рослини і переміщуються в ній поживні елементи, відбувається фотосинтез і утворюються нові органічні речовини.

У спекотну погоду вода запобігає загибелі рослин, вона охолоджує і підвищує її стійкість до високих температур. Вода підтримує тургор клітин, розміщує по окремих її органах продукти асиміляції. За допомогою води відбувається кореневе живлення рослин. Нестача її призводить до недобору врожаю, викликає пригнічення, а інколи і загибель рослин. Проте і надлишок води також негативно впливає на більшість сільськогосподарських рослин, за винятком рису та інших вологолюбів.

Рослинам вода потрібна від сівби насіння і до закінчення формування врожаю. Використовувати воду рослина починає від набубнявіння насіння, кількість якої для нормального проростання неоднакова для різних сільськогосподарських культур (табл. 1).

Таблиця 1. Кількість води необхідної для проростання насіння різних культур, % від їх маси

Рослини використовують воду з ґрунту до того часу, доки всмоктуюча сила корінців може конкурувати з всмоктуючою силою ґрунту. Поглинання води проходить тим інтенсивніше, чим більша поглинальна поверхня кореневої системи, та від того, коли коріння і ґрунтова волога знаходяться в дотичності.

Коріння розвиває всмоктуючу силу завдяки концентрації клітинного соку, достатню для використання з ґрунту більшої частини зв'язаної води. Потім всмоктуюча сила ґрунту різко підвищується. Для подальшого використання води кореням необхідне надходження з її ділянок ґрунту, вільних від коренів, або ж коренева система спрямовується за водою, збільшуючи свою активну поверхню.

У вологолюбних трав'янистих рослин стійке в'янення настає при всмоктуючій силі ґрунту 0,7-0,8 МПа, у більшості сільськогосподарських рослин -- при 1-2 МПа, а у рослин помірно сухих умов -- при 23 МПа. Відповідну вологість називають вологістю в'янення. її визначають, фіксуючи вологість ґрунту, за якої рослини стійко в'януть. Відношення вологості в'янення до максимальної гігроскопічності називають коефіцієнтом в'янення. Величина його помітно змінюється у різних рослин (табл. 2).

Таблиця 2. Коефіцієнт в'янення різних сільськогосподарських культур

Вологість в'янення залежить від щільності ґрунту. В міру його ущільнення помітно скорочується кількість водо- і повітропровідних щілин, в які могли б проникати корені рослин. У той же час збільшується частина дрібних неактивних щілин, в яких вода утримується з тиском більше 1,6 Мпа. В межах щільності 1,50-1,55 г/см вологість в'янення зростає на 28-30% порівняно з щільністю 1,11-1,44 г/см3.

Оптимальна вологість кореневмісного шару ґрунту, за якої досягається максимальна інтенсивність росту рослин, змінюється для різних видів в межах 65-90% найменшої вологоємності, зокрема: 75-90% -- для багаторічних трав, 65-80% -- для зернових, 70-85% -- для овочевих культур.

У перезволоженому ґрунті порушується повітряний режим, нагромаджуються токсичні продукти анаеробісу. Стійкість різних рослин до перезволоження або затоплення водою досить різна. Деякі з них характеризуються достатньо високим пристосуванням до надлишку вологи за рахунок повітроносних тканин у коренях, поверхневого розвитку кореневої системи в більш аерованих шарах ґрунту та ін. (лядвенець великий, канарейник, рис, вівсяниця висока).

Тривалість виживання рослин в умовах затоплення помітно залежить від температури води. Якщо у весняний період допустима тривалість затоплення різних видів багаторічних трав в межах 5-25 діб, то вже в літній період вона не повинна бути більше як 20-26 год. Для зернових культур літнє затоплення не повинно перевищувати 5-12 год., а для овочевих -- 5-7 год.

Рослини по-різному реагують на глибину залягання і якість ґрунтових вод. їх вплив може бути позитивним, коли мова іде про "ґрунтове живлення" рослин прісними водами при їх оптимальній глибині залягання, і навпаки, рослини можуть пригнічуватись внаслідок заболочування при близькому розміщенні ґрунтових вод і страждають від надлишку солей при підвищеній мінералізації.

За умови недостатнього зволоження продуктивність сільськогосподарських культур визначається посухостійкістю, тобто здатністю витримувати значне обезводнення клітин, тканин, органів.

Рослини зазнають водного стресу як внаслідок нестачі вологи в ґрунті (ґрунтова посуха), так і внаслідок посилення транспірації у відповідь на високу температуру і низьку вологість повітря (атмосферна посуха). Ґрунтова посуха, як правило, нарощується поступово, і рослини частково встигають пристосуватись до неї, атмосферна посуха наступає раптово, її дія призводить до запалу або захвату рослин.

Під дією посухи знижується схожість насіння, зменшується ріст зародкових коренів, затримується формування вторинної кореневої системи, закриваються продихи, листяки в'януть і скручуються, прискорюється їх старіння, помітно знижується ККД фотосинтезу і т. ін.

Як комплексна властивість, посухостійкість залежить від здатності рослин запобігати висушуванню і стійкості до висихання. Запобігати висиханню допомагає ряд механізмів, за допомогою яких рослинам вдається при сухості повітря і ґрунту зберегти якомога довше добрий стан води в тканинах. Це досягається в тій чи іншій мірі здатністю більш ефективно поглинати воду з ґрунту підвищенням усмоктувальної сили і розвитком кореневої системи, зменшенням втрат завдяки своєчасному закриттю продихів, ефективним зменшенням транспіраційної поверхні, запасанням води і підвищенням здатності проводити воду.

Стійкість до висихання -- це видоспецифічна здатність до адаптивної зміни властивостей протоплазми витримувати помітне обезводнення.

Посуха буває інколи наскільки сильною, що рослини вже не в стані використовувати воду з ґрунту. Посухостійкість рослин при повному припиненні водопостачання називають витривалістю. Це міра специфічної здатності конкретного виду рослин зберігати запаси води в своїх органах.

Існують різні класифікації рослин щодо їх відношення до водного режиму. Виділяють такі типи рослин: гідрофіти, гігрофіти, мезофіти, ксерофіти. Більшість рослин у сільському господарстві -- мезофіти і значно рідше -- ксерофіти. Серед культурних форм типових ксерофітів практично немає, вони представлені дикорослими видами.

Певною мірою посухостійкість рослин може характеризуватися коефіцієнтом транспірації, тобто кількістю води в грамах, що витрачається на синтез 1 г сухої речовини. Величина його значною мірою залежить від умов середовища (водно-фізичних властивостей ґрунту, забезпечення поживними речовинами та ін.) та щільності фітоценозу. Проте цей коефіцієнт специфічний для різних культур і показує, наскільки продуктивно витрачається волога рослинами ( табл. 3).

Таблиця 3. Середні витрати води на утворення 1г сухої речовини, г

Коефіцієнт водовикористання сільськогосподарських культур -- кількість води (м3), що витрачається на випаровування з поверхні ґрунту та транспірацією для утворення 1 т сухої біомаси -- менш специфічний для культур і характеризує ефективність використання вологи агроценозом. Він більше залежить від природних і агротехнічних факторів, ніж коефіцієнт транспірації, помітно підвищується в зоні з недостатньою кількістю опадів. Зниження коефіцієнта водоспоживання досягається скороченням непродуктивних витрат вологи вдосконаленням технологій вирощування сільськогосподарських культур.

Коефіцієнт водоспоживання має важливе значення при розрахунку рівня можливої урожайності. В табл. 4 подано найбільш типові коефіцієнти водоспоживання основних польових культур.

Таблиця 4. Коефіцієнт водоспоживання сільськогосподарських культур, м³/т сухої біомаси

3. Вимоги рослин до фізичних умов ґрунтів, їх складання та структурного складу

Прояв цих умов значною мірою залежить від гумусного стану ґрунтів, гранулометричного та мінералогічного складу, потужності орного шару, ступеня окультурення. Кількісно виміряти відношення різних культур до цих умов не завжди можливо. Проте для якісної оцінки їх впливу на продуктивність рослин практичного досвіду в більшості випадків достатньо.

Традиційно, оцінюючи вимоги культур до фізичних умов ґрунту основна увага приділялась відношенню їх до гранулометричного складу. Довгий час він використовувався для інтегральної характеристики фізичних властивостей ґрунту.

Більшість рослин відрізняє екологічна причетність до певної категорії ґрунту, а для деяких вона досить специфічна. Зокрема, поряд з сапрофітами, причетними до піщаних умов, існує група рослин, які не витримують піщаних ґрунтів. В цілому про відношення рослин до гранулометричного складу ґрунтів відображають показники табл. 5 (за даними В. Ф. Валькова).

Проте слід мати на увазі, що в різних природних зонах відношення рослин до гранулометричного складу може значно змінюватись і залежно від умов зволоження та теплозабезпечення.

Таблиця 5. Відношення сільськогосподарських культур до гранулометричного складу ґрунту

Польові культури виявляють різне відношення до щільності ґрунту (табл. 6). Для більшості культур суцільної сівби ці значення в межах 1,1-1,3 г/см, для просапних -- у межах 1,0--1,2 г/см , що відповідає 55-60% загальної щілинності.

Таблиця 6. Оптимальна щільність орного шару різних ґрунтів для окремих польових культур

Деякі культури, наприклад бавовник, люпин, добре розвиваються при більш високих значеннях щільності орного шару. Особливо виділяється рис, для нормального росту і розвитку якого необхідне високе ущільнення верхнього шару.

При проникненні кореневої системи більшості рослин в ущільнені шари з об'ємною масою 1,4-1,6 г/см3 їх розвиток пригнічується, а при більш високих значеннях щільності ріст кореневої системи неможливий.

сонячний рослина фотосинтез

4. Потреба рослин в елементах живлення і особливості їх використання

Нагромаджено значний фактичний матеріал щодо потреб сільськогосподарських рослин у мінеральних речовинах. Різні види рослин, які вирощують на одному і тому самому ґрунті, використовують з нього мінеральні речовини в різних співвідношеннях. Вимога рослин до мінерального живлення визначена їх генотиповими особливостями.

Ефективність удобрення визначається складним комплексом умов: родючістю ґрунту, біологічними особливостями сільськогосподарських культур і їх сортів, технологією вирощування, кількістю та якістю добрив, кліматичними та погодними умовами. Останні часто мають вирішальне значення.

Умови погоди впливають як на кількість доступних поживних речовин у ґрунті, так і на дію добрив на рослини. Відомо, що продуктивність культур в основному визначається відповідним рівнем світлового режиму та мінерального живлення. Чим вищий рівень світлового та мінерального живлення, тим за умов нормального забезпечення вологою більше синтезується вуглеводів у рослин і тим більше вони здатні засвоювати азот. Світло впливає на азотне живлення не лише через фотосинтетичні процеси, а й через транспірацію. В свою чергу, транспірація залежить від вологості і температури повітря та ґрунту.

Температурний режим визначає нагромадження поживних речовин у ґрунті. Впливаючи на швидкість руху води і розчинених солей, температура впливає на темпи надходження поживних речовин в рослини з ґрунту і внесених добрив. За невисоких температур (8-10 °С) знижується надходження в корені і переміщення з них у надземні органи азоту, послаблюється його використання та утворення органічних азотних сполук. При ще більш низьких температурах (5-6 °С і нижче) поглинання коренями азоту і фосфору різко зменшується. Зниження поглинання калію при цьому проходить уповільнено.

За даними В.Д. Паннікова і В.Г. Мінєєва, в інтервалі даних температур 10-25 °С підвищується мобілізація поживних речовин з ґрунту. Оптимальна температура для надходження азоту і фосфору в рослину в межах 23-25 °С. Вона наближається до оптимальної температури росту хлібних злаків в період виходу в трубку -- колосіння (22-24 °С денних або 14-16 °С середньодобових температур).

Рівень забезпечення вологою впливає на доступність поживних речовин в ґрунті і використання їх рослинами. За помітної нестачі води добрива можуть не дати позитивної дії або навіть негативно вплинути на формування врожаю.

Надлишкове зволоження пригнічує процес нітрифікації, зменшує надходження в рослини азоту з ґрунту і внесених добрив, сприяє нагромадженню шкідливих речовин. Встановлено, що при нормальному зволоженні коефіцієнт використання рослинами азоту добрив складає 57%, при надлишковому -- всього 9%.

Відомо, що показники структури і щільності ґрунту достатньо віддзеркалюють умови життя рослин.

Ефективність добрив помітно зростає з підвищенням зволоження до 90% польової вологоємності на ґрунтах меншої щільності складання (з об'ємною масою 1,1-1,3 г/см3) і до 80% польової вологості щільних ґрунтів (з об'ємною масою -- 1,4-1,6 г/см3 ). Подальше зволоження ґрунту до 100-120 % польової вологоємності викликає невелике падіння ефективності на нещільних мінеральних ґрунтах і різке -- на щільних підзолистих ґрунтах.

Висока технологія вирощування сільськогосподарських культур, в тому числі внесення мінеральних добрив, сприяють послабленню впливу несприятливих метеорологічних умов на врожайність.

Доведений позитивний вплив фосфору і калію на обводнення колоїдів плазми і зниження коефіцієнта транспірації рослин. Внесення добрив знижує витрати вологи на створення одиниці продуктивної частини врожаю на 20-30%. Проте в умовах значної й тривалої посухи підвищення концентрації ґрунтового розчину при внесенні добрив, особливо азотних, може токсично вплинути на рослину і знизити врожай. Тобто повністю усунути наслідки значних посух тільки за рахунок мінеральних добрив без додаткових меліоративних заходів (темпи зрощення) не вдається.

Правильне застосування добрив знижує негативний вплив на урожай низьких температур, приморозків та інших несприятливих метеорологічних явищ.

Застосування добрив підвищує стійкість озимих культур до несприятливих умов перезимівлі. Рослини розвивають добре кореневу систему, більше нагромаджують сухих речовин, гідрофільних колоїдів, цукрів та інших органічних сполук, що послаблюють дію несприятливих метеорологічних умов зимового періоду. Зокрема при внесенні фосфорно-калійних добрив помітно підвищується зимостійкість озимих культур. Водночас при високих нормах внесеного азоту без фосфорно-калійного фону або на перерослих з осені посівах може відбутись значне зниження зимостійкості рослин. Помірні дози азоту на фоні фосфору і калію, навпаки, підвищують стійкість посівів до перезимівлі і сприяють більш інтенсивному відновленню частково уражених рослин.

Інтенсивність засвоєння мінеральних елементів має періодичність і може відрізнятися за фазами росту й розвитку кілька разів. Наприклад, ячмінь використовує мінеральні елементи в основному в період від кущіння до виходу в трубку, у пшениці період використання помітно розтягнутий, у цукрових буряків максимальне використання в середині вегетації, у проса -- перед викиданням волоті.

Можливості використання мінеральних елементів рослинами з ґрунту пов'язані з особливостями розвитку кореневої системи, здатністю використати поживні речовини з важкодоступних форм. Остання ознака, залежить від потужності кореневої системи та від особливості безпосередньої дії на ґрунт кореневих виділень.

Відома, зокрема, підвищена засвоюваність коренів гречки, люпину, гірчиці, буркуну, соняшнику в порівняно із зерновими колосовими, льоном, коноплями та ін.

Кількісна оцінка розвитку кореневої системи рослин певною мірою відображає їх реакцію на родючість ґрунту. Наприклад, коренева система у вівса сильніша, ніж у ячменю, у озимого жита сильніша, ніж у озимої пшениці. Відповідно пшениця більш вимоглива до родючості ґрунту, ніж жито, а ячмінь вимогливіший від вівса. Цей зв'язок помітно коригується рядом інших факторів.

Размещено на Allbest.ru