К вопросу о строении оптимального семенного ложа

Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу о строении оптимального семенного ложа

Владимир Ильич Сесякин

Аннотация

Осуществлён анализ актуального взгляда на строение семенного ложа. Показаны: его фрагментарность, отсутствие причинно-следственных связей между строением ложа, его функциями и феноменом прорастания семян, квалификация строения ложа субъективными оценками. Предложены: вербальная прогнозная модель семенного ложа, состоящего из подсеменного, конденсационного, трансмиссионного, органической мульчи и междурядных слоёв, оценка качества посева по оптимальным факторам прорастания семян. Определены взаимозависимости строения слоёв ложа с их функциями и с циркадными термодинамическими ритмами в системе «приземный слой атмосферы - семя - почва».

Ключевые слова: семенное ложе, слои ложа, факторы прорастания семян, капельножидкая вода, циркадные ритмы, термодинамический конденсатор. капельножидкая вода семенное ложе

On the question of the structure of the optimal seedbed.

Vladimir Ilyich Sesyakin.

Annotation

The analysis of the current view on the structure of the seedbed is carried out. The following are shown: its fragmentation, the absence of causal relationships between the structure of the bed, its functions and the phenomenon of seed germination, the qualification of the structure of the bed by subjective assessments. The following are proposed: a verbal predictive model of a seedbed consisting of subseed, condensation, transmission, organic mulch and inter-row layers, an assessment of the quality of sowing by optimal factors of seed germination. The interdependencies of the structure of the layers of the bed with their functions and with circadian thermodynamic rhythms in the system "surface layer of the atmosphere - seed - soil" are determined.

Keywords: seedbed, bed layers, seed germination factors, drip-liquid water, circadian rhythms, thermodynamic condenser.

Введение

Семенное ложе - колыбель, в которой созревшее семя, повторяя жизненный цикл, вновь превращается в растение. От качества семенного ложа зависят полевая всхожесть и скорость прорастания семян, равномерность развитие проростков - ключевых факторов урожайности. Как показывает анализ диссертаций, научных статей и рекомендаций сеятелям о создании семенного ложа, агротребования в них фрагментарны, а не системны, квалифицируются субъективными оценками, показывают корреляцию, но не причинно-следственные связи феномена прорастания семян со строением ложа, функциями его слоёв и с термодинамическими циркадными ритмами в системе «приземный слой атмосферы - семя - почва».

В ареалах естественного обитания семенным ложем была и остаётся поверхность почвы: упав с материнского растения на почву, семя прорастает при наступлении благоприятных погодных условий. Почему же человек сеет семена в бороздку? Ответ очевиден - чтобы сохранить их от птиц и грызунов, от ветровой и водной эрозий. При переходе от собирательства к культивированию растений люди начали создавать семенное ложе палкой-копалкой - сначала отверстие, а затем перешли на более производительный способ: делать борозду, слегка царапая почву мотыгой, чтобы прикрыть ею семена.

«Палочная» (мотыжная) технология была первым вариантом беспашенного земледелия. В течение тысячелетий эта технология трансформировалась в пашенную, минимальную и полосовую (стрип-тилл). На современном этапе развития растениеводства «палочная» технология возвращается на более высоком технологическом уровне в технологию беспашенного земледелия - «но-тилл».

Не останавливаясь на причинах перехода от «палочной» технологии к пашенной и возврата к ней, следует подчеркнуть применение в них общего способа посева семян - в бороздку. Различия между технологиями заключается в границах площади обработки почвы до и после посева. В пашенной и минимальной технологиях обработка до посева производятся на всей площади, в стрип-тилле - в полосе, а послепосевные операции, как правило, преимущественно в бороздке. Имеется мнение, что в но-тилле какой-либо предварительной обработки почвы не допускается. Это мнение внутренне противоречиво: посеять семена в почву, не подвергая её механической обработке, невозможно!

При посеве семян сидеральных культур на поверхность почвы, получающий распространение в технологии но-тилл и осуществляемый в теплый период, должны создаваться условия, схожие с их прорастанием в бороздке.

Во всех перечисленных технологиях ключевыми целями посева являются доведение полевой всхожести семян до потенциальной (лабораторной), равномерное и быстрое развитие проростков. Цели могут быть достигнуты созданием в бороздке оптимальных параметров факторов прорастания: воды, тепла, воздуха, света, состояния почвы, элементов питания. Е.В. Шеин (1) считает, что это «оптимизационная задача высокой сложности, для решения которой необходимо создание прогнозной модели, в полной мере учитывающей целевое назначение почвенной конструкции и особенности конкретных условий; рассчитать в почвенной конструкции необходимое оптимальное количество слоев, чередование этих слоев, их гранулометрический состав, плотность и прочее, рассчитать так, как рассчитывают инженерные сооружения».

Цель и задачи исследования: вербально обосновать строение и параметры прогнозной модели оптимального многослойного семенного ложа, для чего рассмотреть этапы научных представлений о строении семенного ложа в форме аналитического обзора, изложить современные научные знания о факторах прорастания семян и развития проростков, их параметрах и влияния на них строения каждого слоя ложа, взаимозависимости слоёв от их строения и циркадных термодинамических ритмов в системе «приземный слой атмосферы - семя - почва».

Метод и материалы

Применен метод синтеза результатов отечественных и зарубежных аналитических исследований о связях факторов прорастания семян и развития проростков со строением семенного ложа.

Результаты и обсуждение.

Модель И.Е. Овсинского.

У истоков создания модели семенного ложа стоял И.Е. Овсинский (2). Изучив труды современников, он успешно реализовал модель, создаваемую «мелкой, двухдюймовой вспашкой, подкрепленной действием экстирпатора», в котором «семена равномерно прорастают без дождя после сева». Им выделено два слоя семенного ложа (рис.1 «А»): надсеменной (ав) и подсеменной (вг) и обоснованы требования к строению каждого слоя: подсеменной слой, на который укладываются семена, должен иметь влажную волосную (капиллярную) ровную поверхность, не тронутую плугом; надсеменной слой должен быть тонким (до 2-х дюймов), сухим и рыхлым.

И.Е. Овсинский так объяснял действие факторов прорастания в предложенной модели: «почва всегда доступна для воздуха, температура низших слоев её постоянно настолько низка, что находящийся там воздух быстро дает ОСАДОК ВЛАГИ, и, наконец, почва остается волосной, так что вода может подниматься к верхнему слою. Ночью же верхний слой охлаждается и задерживает влагу, испаряющуюся в низших слоях».

Рис.1. Модели семенного ложа И.Е. Овсинского (рис.1«А» и «Б») и современные модели (рис.1«В» и «Г»).

- рис.1«А»: аб - поверхность почвы; - ав - двухдюймовый слой рыхлой почвы; - вг - верхняя поверхность нетронутой волосяной почвы, на которую падают семена и всходят без дождя;

- рис.1«Б»: жз -- поверхность почвы; абвгде -- неровный волосной слой после рыхления почвы драпаком, скоропашкой, экстирпатором с неправильно размещенными лапами;

- рис.1«В»: предпосевное прикатывание взрыхлённого слоя почвы; 1 - слой почвы ниже дна обработки; 2 - уплотнённая часть взрыхлённого слоя почвы до посева, 4 - рыхлый верхний слой почвы;

- рис.1«Г»: предпосевное и послепосевное прикатывание взрыхлённого слоя почвы; 3 - уплотнённая часть слоя почвы с семенами после посева.

Им было указано на «ошибочность укатывания почвы после посева, поскольку нарушится проницаемость почвы для воздуха и после такой варварской операции (поля) покроются корою и потрескаются». Он описал модель ложа (рис.1«Б»), в которой подсеменной слой местами рыхлится и пояснил пестроту всходов семян в отсутствии дождя после сева: «на такой неровной поверхности прорастут только те семена, которые упадут на промежутки аб, вг и де, остальные же семена, расположенные в местах, взрыхленных глубже, без дождя никаким образом не взойдут, почему в сухую осень или весну всходы бывают пестрые: одни растения всходят без дождя, другие только спустя несколько недель после дождя, а если его нет, то и вовсе не всходят».

Со времён написания «Новой системы земледелия» по настоящее время накопился огромный объём знаний в таких отраслях наук, как биология семян, почвоведение, земледельческая механика, физика почв и других, так или иначе связанные с посевом семян. Начался переход на новый технологический уклад - беспашенное земледелие и цифровизация технологических процессов, накопились как положительные, так и отрицательные факты, проявляющиеся при посеве по новой технологии. Всё это позволяет уточнить и дополнить конструкцию семенного ложа И.Е. Овсинского.

Современные исследователи, признавая эффективность модели И.Е. Овсинского, не ставят задачу её совершенствовать и разрабатывать устройства для её осуществления. Ими предлагаются технологии сева, в которых вначале ухудшаются условия для прорастания семян, а затем изыскиваются возможности их улучшить (рис.1«В» и «Г») (3).

Вода и семя.

Вода - пусковой фактор прорастания семян. Семена по своему строению - коллоидные капиллярно пористые тела - капиллярами пронизана вся их межклеточная структура. Как во всякой пористой среде в них происходит процесс капиллярной конденсации - адсорбция поверхностью капилляров паров воды, содержащихся в окружающем воздухе, и преобразование их в дистиллят. Адсорбция осуществляется осмотическим путём всей поверхностью семенных капилляров, а на определённой стадии прорастания вода поступает через каналы - аквапорины.

Между семенем и воздухом идет постоянное противодействие: сорбция - впитывание семенем воды из воздуха и десорбция - поглощение воздухом воды из семени. Чередование увлажнения и подсушивания семени с сохранением жизнеспособности происходит до начала его проклёвывания. После проклёвывания десорбция воды из семени может привести к его гибели.

Прорастание семян возможно только при превышении сорбции над десорбцией. Направление перемещения воды задаётся парциальными давлениями водяных паров у поверхности семени и в окружающем воздухе, т.е., бародиффузией. Если давление паров у поверхности семени меньше, чем в воздухе, идёт поглощение воды семенем, в противном случае семя обезвоживается. В случае уравнивания парциальных давлений паров у семени и в воздухе наступает состояние динамического равновесия и влагообмен между ними прекращается. При относительной влажности воздуха, равной 100%, устанавливается максимальная равновесная влажность - предел, до которого семя может сорбировать пары воды из воздуха (таб.1).

Таб.1. Равновесная влажность семян (%) различных культур при температуре 25 -28 ^0С. (В.А. Зальцман. «Гигроскопические свойства зерна: влияние на технологию хранения». ж. "Нивы России" №3. 2017.г.)

Однако максимальная равновесная влажность недостаточна для прорастания семян, только поглощение капельножидкой воды позволяет им прорасти (таб.2) (4). Капельножидкая вода поступает в семя осмотическим путём с помощью концентрационной диффузии.

Таб.2. Влажность семян (%), необходимая для их прорастания. («Значение влаги для прорастания семян (часть 2)». https://agro-portal24.ru/semenovedenie/4937-znachenie-vlagi-dlya-prorastaniya-semyan-chast-2.html.)

Для управления процессом получения и поглощением семенем воды в системе «приземный слой атмосферы - семя - почва» применим известный принцип Ле Шателье -- Брауна, гласящий: «если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя одно из условий равновесия: температуру, давление, концентрацию, внешнее электромагнитное поле, то в системе усиливаются процессы, направленные в сторону противодействия изменениям».

Вода и почва.

Почвоведы утверждают: «вода в почве и в ведре не одно и тоже». Между тем в научном сообществе и среди практиков применяется обобщённое понятие «влажная почва», как параметр условий всхожести семян.

Вода в почве в зависимости от характера взаимосвязи между ними обладает разной доступностью семенам. Минеральные частицы почвы, имеющие электрический заряд, удерживают молекулы (диполи) воды с разной степенью в зависимости от расстояния между ними (рис.2 «а»). Семенам, как и растениям, доступна свободная вода - гравитационная, капиллярная и рыхлосвязанная и не доступна прочно связанная.

Рис. 2. Вода в почве. а) силы, удерживающие воду в почве и её доступность семенам; б) перенос воды в капилляре.

Гравитационная вода (дождевая, талая) - эффективный, но ненадежный источник. Растения потребляют преимущественно капиллярную воду корнями, находя путь к ней благодаря акватропизму. Семена до прорастания корешка такой способностью не обладают, вода сама должна прийти к ним. Для этого вода капилляров, удерживаемая силами поверхностного натяжения, притяжения частицами почв и трения должна испариться и вновь сконденсироваться, охладившись до точки росы (рис. 2 «б») (5).

И.Е. Овсинский указал на ещё один источник доступной воды - атмосферную ирригацию - водные пары атмосферного воздуха, конденсированные в бороздке. В агрономической науке этот источник рассматривается как гипотетически возможный (6), а создатели сеялок и сеятели считают воду почвенных капилляров единственным источником.

Конденсации паров воды в почве.

Почва, как и семена, пористая среда, в объеме которой происходит процесс трансформации паров воды в конденсат. Современными исследованиями определены механизм и зависимости интенсивности конденсации паров атмосферной и капиллярной воды от параметров состояния пор поверхностных сухих горизонтов (10-20 см) почвы. Конденсация является следствием суточного (циркадного) изменения потока теплоты в почвенных порах, в результате в поровом пространстве происходит перенос капельножидкой воды. Сущность влагопереноса следующая (7) (рис. 3). Дневной цикл: «в поровом пространстве при дневном прогреве верхняя поверхность поры тёплая. Здесь происходит испарение. Нижняя часть поры холодная. Здесь происходит конденсация. Вследствие этого объём воды на холодной поверхности увеличивается, и она перетекает на верхнюю плоскость нижней поры. Процесс испарения и конденсации повторяется. Ночной цикл: «ночью направление теплового потока меняется на противоположное. Тепло и влага двигаются к поверхности почвы».

Исследованиями (8) установлено: «в летний период на всех типах почв в поверхностных сухих горизонтах при ночном снижении температур наблюдается конденсация атмосферной парообразной влаги в пределах 0,1 - 0,27 литра на 1 м² в сутки. От 30 до 70% конденсируемой влаги поступает снизу, из глубжележащих почвенных горизонтов». Суммарный сезонный перенос влаги через горизонтальную плоскость в верхних горизонтах (10-20 см) достигает 25 мм.». «В каждой поре формируется ПОТОК дистиллята почвенного раствора, который орошает все живое, находящееся в почве: корни растений, семена, животных». Однако «многосуточного накопления конденсата атмосферной парообразной влаги в почве не наблюдается», семена должны успеть перехватывать сконденсированную на их поверхностях и прилежащих почвенных порах воду. При условии преобладания сорбции над десорбцией количество конденсированных атмосферных и капиллярных паров воды достаточно для прорастания семян в вегетационный период.

Рис. 3. Схема суточного термоградиентного переноса влаги в почве

1) дневной поток тепла в почву; 2) плёночная, менисковая и капиллярная вода; 3) минеральная часть почвы; 4) парообразная влага; 5) плоскость конденсации; 6) корни растений и движение воды в них; 7) ночной поток тепла.

Н. Ф. Кулик (7) провёл исследования зависимости интенсивности образования конденсата водяных паров в почве от температуры, влажности, размеров и засоления почвенных пор, а также вегетационные опыты проращивания семян пшеницы в почве и на дистилляте почвенного раствора в чашке Петри с целью установления влияние суточных колебаний температуры почвы и направления термоградиентного потока влаги на всхожесть и развитие проростков.

Семена и температура прорастания.

Посев семян начинают при прогреве почвы выше «критической» (по И.Б. Ревуту) температуры прорастания, эволюционно сложившейся для каждой культуры. Определены (9) три кардинальных (базовых) температуры выхода семян различных культур из состояния покоя и прорастания: минимальная - наименьшая температура, при которой начинается медленное прорастание; оптимальная, при которой прорастание происходит наиболее быстро; максимальной называется температура, при переходе за которую прекращается прорастание семян

Скорость прорастания семян изменяется линейно: повышается с ростом температуры от минимальной до оптимальной и снижается с ростом оптимальной до максимальной. На скорость прорастания семян решающее влияние оказывает амплитуда и количество колебаний суточных температур - термодинамических циркадных циклов (10). С увеличением амплитуды скорость всхожести семян увеличивается по сравнению с постоянной температурой, при этом уменьшается количество циклов, необходимых для их прорастания.

Н.Ф. Кулик (7) в полевом «Вегетационном опыте №2», проводимом в чашках Петри, исследовал прорастания семян на конденсате, полученном из испарившейся воды из тряпки (тряпка играла роль источника атмосферной парообразной воды). Было установлено: увеличение величины суточных колебаний температуры способствуют увеличению суммарной длины стеблей и корней по сравнению с прорастанием семян в изотермических условиях. Н. Ф. Кулик связывает это с увеличением термоградиентного переноса влаги в семена.

Им же (7) проведена серия экспериментов, показывающих роль направления термоградиентного потока влаги в почве на прорастание семян. В «Вегетационном опыте №3» исследовалось влияние направления термоградиентного потока влаги на прорастание пшеницы. Опыт проводился в чашках Петри (рис.4): «на крышку герметикой наклеивалась толстая ткань («драп») 4, а на дно чашки - 20 зёрен пшеницы, ткань смачивалась водой (0,3г./л.). Собрали 5 чашек в одну колонну, обмотали по бокам поролоном и колонну поместили в металлический цилиндр. Сверху поставлена 15-ваттная электрическая лампочка, которая горела в течение 7 дней (рис.4 «а»). Температура на поверхности верхней чашки была 37°, на нижней чашке 27°. Через 7 дней во всех чашках появились проростки таких же размеров, как и в предыдущем опыте».

Рис. 4 (авт.) Схема опытов по исследованию влияния направления термоградиентного потока влаги на проращивание семян.

где: 1- чашка Петри; 2- крышка; 3- семена пшеницы; 4- ткань (драп); 5 - цилиндр; 6 - поролон.

«В следующем варианте этого же опыта источник тепла был помещён под чашками Петри (рис.4 «б»). После 9 суток прогрева из 100 зёрен в 5 чашках не проросло ни одного зерна. Тепловой поток «отжал» парообразную влагу, хотя мокрая ткань находилась в 2 мм от зёрен».

В рамках теории циркадных ритмов (J. C. Hall, M. M. Rosbash, M. W. Young) (11) семена, являясь живыми растительными организмами, имеют автономный суточный генератор ритма («времязадаватель») и способны настраиваться к факторам прорастания окружающей среды, прежде всего к величине амплитуды суточных колебаний температуры, что позволяет им ускорять или замедлять поглощение воды и соответственно прорастание.

Сеятель, регулируя температуру почвы, может управлять прорастанием семян. Физические основы такого регулирования температуры известны, это изменения альбедо, микро и миди рельефа поверхности почвы, её температуропроводности, скорости обмена атмосферного воздуха в почве и во вне и т.п. (5).

Активное поглощение семенами воды.

Кроме пассивных механизмов - барической и концентрационной диффузий поступление воды в семя происходит и с помощью активного механизма - электродиффузии, идущей осмотическим путём. Л.К. Черновой (12) выявлены поверхностные биоэлектрические потенциалы (ПБЭП) семян, появляющиеся при определённом уровне их набухания, имеющие колебательный характер и гармонирующую с ним скорость поглощения семенами воды. Движущей силой электродиффузии являются ПБЭП семян, взаимодействующие с диполями воды (13). Для повышения всхожести сеятели обрабатывают семена различными электромагнитными полями. В результате на их поверхности индуцируются ПБЭП, которые позволяют сместить равновесие паров воды в сторону адсорбции, увеличив её скорость на начальном этапе прорастания семян (там же).

Модель семенного ложа.

Предлагается вербальная прогнозная модель семенного ложа, ядром которой является пористый, объемно-многослойный, оппозитный, двух цикловой, термодинамический конденсатор (ТДК) с водно - воздушным охлаждением, являющийся преобразователем парообразной воды в капельножидкую. ТДК представляет собой открытую термодинамическую систему, обменивающуюся с окружающей средой теплом, водой, кислородом и углекислым газом.

ТДК состоит из следующих слоёв (рис.5): А - подсеменной; Б - конденсационный; В - трансмиссионный; Г - органической мульчи; Д - междурядный;

Рис. 5

где: 1- семя; 2 - комки почвы; 3 - почвенные поры; 4 - водный конденсат; 5 - почвенные капилляры; 6 и 9 - источники тепла; 7 - влажный воздух; 8 и 10 - источники холода.

Как тепловая машина ТДК состоит из: 1) нагревателей - нагретого атмосферного воздуха (днём) и нагретой почвы подсеменного слоя (ночью), 2) холодильников - охлаждённого атмосферного воздуха (ночью) и почвы подсеменного слоя (днём), 3) рабочего тела - воды, циклически меняющей агрегатное состояние «пар - жидкость».

Каждый из перечисленных слоёв играет свои роли в ТДК. Оптимальное функционирование ТДК определяется свойствами каждого слоя и пространственно-взаимодополняющими связями между ними. Количество и предпочтительные  диапазоны параметров слоёв, их взаимодополняющие зависимости установлены на основе обобщения экспериментальных исследований почвоведов и многолетнего опыта сеятелей.

Подсеменной слой.

Актуальным постулатом качественного посева считается необходимость оптимально переуплотнять посевное ложе с целью оптимального обеспечения водой (капиллярной), питательными веществами и кислородом семян и корней. При этом параметры «оптимальности переуплотнения» не определены, нося субъективный характер. Любое переуплотнение почвы закупоривает капилляры подсеменного слоя, создаются «чётки Жамена», прекращающие поступление капиллярной воды к семенам.

При рыхлении подсеменного слоя (рис. 2 «а») его капилляры разрушаются, увеличивается удельная поверхность почвенных частиц, которые захватывают диполи свободной воды, и она становятся мало или недоступна семенам. Создаётся проход атмосферного воздуха сквозь конденсационный и рыхлый подсеменной слои, превращая их в трансмиссионный слой. Подсеменной слой перестаёт быть «дневным холодильником»; образование дистиллята в этом случае будет происходить не в конденсационном слое, а ниже подсеменного слоя в порах не взрыхленной почвы. Без дождя или уплотнения подсеменного слоя семена не всходят. Эту ситуацию демонстрируют модель И.Е. Овсинского (рис.1«Б») и второй вариант «Вегетационного опыта №3» Н.Ф. Кулика (7).

Ночью атмосферный воздух охлаждает почву трансмиссионного и конденсационного слоёв. Из-за более высокой температуры капилляры подсеменного слоя становятся источником водяных паров, превращающихся в конденсационном слое в капельножидкую воду. Стабильность работы ночного источника паров может обеспечивать только вода не взрыхленных и не закупоренных капилляров подсеменного слоя.

Конденсационный слой.

Другим актуальным постулатом посева является необходимость создания «хорошего контакта» семян с почвой. Существует мнение (10), что «контакт семян с почвой определяется как увлажнённая площадь в контакте с семенами». Исследования с помощью рентгеновской компьютерной томографии показали - фактический контакт семян с почвой очень низок; от площади поверхности семян голые (необработанные) имели площадь контакта около 15,19%, а гранулированные и покрытые оболочками - 31,85%». S. Blunk с коллегами утверждают: «этого процента контакта семян с почвой недостаточно, чтобы судить о влиянии почвы на всхожесть», что «ставит под сомнение субъективную классификацию, такую как “хороший” контакт семян с почвой».

Вегетационные опыты №2 и №3 Н.Ф. Кулика (7) показали: при отсутствии связи с атмосферой в закрытом пространстве чашки Петри прямой контакт семени с источником воды для его прорастания не обязателен, семена прорастают при расстоянии 2 мм. от источника.

Задача конденсационного слоя - создать условия образования вокруг семян капельножидкой воды в количествах, необходимых для их быстрого и равномерного прорастания. Конденсационный слой образует пористая почва, окутывающая лежащие на поверхности подсеменного слоя семена и создающая «эффект айсберга». Эффект заключается в том, что «к семени от каждого почвенного агрегата, находящегося с ним в контакте, поступает больше воды, чем предполагалось с учетом только размера площади контакта» (10). Капельножидкая вода из «айсберга» термодинамическим путём перетекает по минеральным частицам к поверхности семян (рис. 3). Объем окутывающей почвы зависит от размеров семян, их пространственного расположения в бороздке и параметров трансмиссионного слоя.

Процесс конденсации в слое двух цикличен: днём дистиллят формируется из атмосферных водяных паров, ночью - из паров капиллярной воды подсеменного слоя.

Параметры физического состояния слоя оказывают решающее влияние на стабильность поступления к семенам капельножидкой воды. Зависимости стабильной конденсации от состояния слоя экспериментально установлены Куликом (7):

- при увеличении температуры порового пространства интенсивность термопереноса паров воды (ТППВ) увеличивается. «Тёплые» грунты (песчаные, супесчаные) по интенсивности влагопереноса почти на порядок выше «холодных (глинистых). Температуру порового пространства ТДК следует доводить до оптимального для прорастания семян уровня выбором срока посева, а при но-тилле и регулированием альбедо поверхности почвы;

- стабильный ТППВ происходит в почвах с влажностью не ниже влажности завядания (ВЗ), в противном случае перенос резко уменьшается («Опыт с почвой»). Это известное проявление капиллярно-конденсационного гистерезиса смачивания - сухая поверхность хуже смачивается водой. Таким образом почва конденсационного слоя должна иметь влажность не ниже ВЗ;

- интенсивность ТППВ зависит от величины порового пространства: минимальная величина переноса характерна для мелких пор (0,2-0,3 мм). При увеличении порового пространства перенос увеличивается, однако в крупных порах (> 5 мм) появляется конвекционный перенос, и десорбция паров воды преобладает над сорбцией. Благоприятный водно-воздушный режим почв создают агрегаты, с размером диаметра более 0,25 мм., поскольку только в порах почвенных агрегатов и меж агрегатных полостей совершаются все физические, химические и биологические процессы;

- опыт с фильтровальной бумагой показал: при засолении слоя, которое появляется при внесении минеральных удобрений, интенсивность ТППВ уменьшается почти двое.

Кислород и углекислый газ являются основными биологически активными газами в почве и для прорастания семян необходим воздухообмен между атмосферой и конденсационным слоем, который также зависит от размеров агрегатов: при их размере 0,1 - 0,2 мм. воздухопроницаемость равна 100%., а при размере мельче 0,05 мм. воздухопроницаемость отсутствует, в порах слоя начинает преобладать углекислый газ, семена погибают (3). Колебания температуры конденсационного слоя улучшают газообмен и состав почвенного воздуха.

Таким образом, величину агрегатов конденсационного слоя следует доводить до размеров 1- 5 мм. и определять из известного условия - "размер почвенных агрегатов должен быть близок к размеру семян».

Трансмиссионный слой.

В рамках концепции ТДК трансмиссионный слой является проводником тепла, атмосферного воздуха и углекислого газа, а также сопротивлением выходу проростка на поверхность почвы. Эти функции зависят от параметров состояния слоя.

Как проводник слой, должен:

- обеспечить воздухообмен конденсационного слоя с атмосферой;

- не доводить иссушение конденсационного слоя ниже ВЗ;

- оказывать минимальное сопротивление выходу проростка на поверхность.

В модели И.Е. Овсинского роль трансмиссионного в купе с конденсационным слоем играет надсеменной слой. Ссылаясь на П.А. Костычева, он пишет (2): «надсеменной слой должен быть тонким (до 2-х дюймов), сухим и рыхлым», только в этом случае может образоваться «подземная роса». Сухой и рыхлый слой снизит количество теплоты, поступающей к конденсационному слоя, не доводя его до иссушения и тепловому стрессу семян.

Суммарная толщина трансмиссионного и конденсационного слоёв не должна превышать допустимой биологической глубине посева семян (14) и быть минимально возможной величины.

Для предупреждения появления конвекционного переноса сквозь трансмиссионный слой его поры не должны превышать более 5 мм. В противном случае есть вероятность преобладания десорбции над сорбцией. При минимально допустимой глубине посева почвенные агрегаты слоя размером до 10 мм будут оказывать минимальное сопротивление выходу проростка на поверхность.

Междурядный слой.

При прочих равных условиях урожайность возделываемых культур определяется уровнем развития корневой системы растений, которая размещается в междурядном и подсеменном слоях. Важнейшими факторами развития корней являются оптимальные плотность (пористость) и твердость слоёв, доступность в них воды, возможность воздухообмена с атмосферой и наличие питания (15). Эти факторы влияют на направления гео, гидро и аэротропизмов - ростовых движений корней. При повышении плотности (уменьшении пористости) и твёрдости междурядного и надсеменного слоёв затрудняется доступ к корням кислорода воздуха, конденсата паров атмосферной и капиллярной влаги, в росте корней преобладает геотропизм, что существенно сокращает их суммарный объем, ухудшая питание растений. При пашенной и минимальной технологиям возделывания пропашных культур пористость почвы повышают междурядными обработками, уменьшая её твёрдость. Полосовая технология позволяет на начальных этапах прорастания корней создать оптимальные плотность и твердость, при посеве по но-тиллу повышенные плотность и твёрдость междурядного слоя механически устранить невозможно.

Слой органической мульчи.

Деятельной поверхности почвы принадлежит основная роль в прогреве и охлаждении приземного слоя воздуха (5). От характеристик поверхности зависит величина потока теплоты и паров воды, поступающих в конкретный промежуток времени к семенам с атмосферным воздухом.

В летний период, в часы наибольшей инсоляции, поверхность обработанной почвы, не покрытая растительными остатками, может нагреваться до температур, превышающих максимально допустимую температуру прорастания.

При посеве по технологии но-тилл поверхность почвы, покрытая растительными остатками, из-за большой величины альбедо замедляет прогрев почвы выше «минимальной» температуры прорастания. Срок посева семян теплолюбивых культур переносится на более позднее время, вегетационный период сокращается. Уменьшение альбедо путём освобождения части междурядного слоя от органической мульчи повысит температуру и её амплитуду в почвенном ложе.

Заключение

Предложена концепция вербальной прогнозной модели оптимального посевного ложа - конструкции со структурно-функциональным единством, пространственно-функциональной упорядоченностью, временнОй организацией, подчиняющейся суточным термодинамическим циркадным ритмам, задачей которого является создание оптимальных факторов прорастания семян и развития проростков.

Концепция позволяет на научной основе создавать посевные секции сеялок, обеспечивающие оптимальные условия всхожести семян и равномерное развития проростков при различных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур, оценивать технологические качества сеялок.

Модель может стать базой для разработки её математического аналога, позволяющего разработать автоматизированную систему управления посевной секцией с использованием цифровых технологий процессом создания оптимального семенного ложа в различных почвенных климатических условиях.

Предлагаемая модель семенного ложа может осуществляться с помощью запатентованных автором «Способом предпосевной обработки почвы и посева и устройством для его осуществления» (патент ЕАПО 016599), «Способом прямого посева сельскохозяйственных культур и устройством для его осуществления» (патент ЕАПО №031045), «Устройством для посева сельскохозяйственных культур» (патент ЕАПО №039830), «Высевающий аппарат» (а.с. СССР №1277917).

Литература

1. Е.В. Шеин. «Курс физики почв». Издательство Московского университета. 2005 г. стр.409 -412.

2. И.Е. Овсинский. «Новая система земледелия» 1899 г. (https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_003689167/.

3. Н.Д. Лепешкин, А.А. Точицкий, С.Ф. Лойко, В.В. Добриян. «Эффективные способы формирования семенного ложа и заделки семян». ж. «Белорусское сельское хозяйство». 2003 г. №4.

4. «Хранение и технология сельскохозяйственной продукции» Под ред. Л.А. Трисвятского. стр. 118. 1991 г.

5. Е.В. Шеин, В.М. Гончаров. «Агрофизика». МГУ им. М.В. Ломоносова. 2006 г.

6. Н.К. Ижик. «Полевая всхожесть семян». Изд. «Урожай». Киев 1976 г. стр. 82.

7. Н.Ф. Кулик. «Дистилляция почвенного раствора под действием температур и возможность его использованием растениями». «Почвы и окружающая среда. Том.1. №4».» Почвы и окружающая среда». 2018. Том.1. №4.

8. Н. Ф. Кулик «О возможности конденсации атмосферной парообразной влаги в почве». Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 83.

9. «Пробуждение жизни после покоя семян». РГАУ-МСХА (https://www.activestudy.info/probuzhdenie-zhizni-posle-pokoya-semyan/:).

10. Sebastian Blunk  & Other. «Quantification of seed-soil contact of sugar beet (Beta vulgaris) using X-ray Computed Tomography». (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28861117/).

11. «Научные основы открытия молекулярных механизмов, контролирующих циркадные ритмы». (https://cmtscience.ru/article/nauchniye-osnovy-otkritiya-molekularnyh-mehanizmov-kontroliruyoushih-cirkadniye-ritmy).

12. Л.К. Чернова «Электрические потенциалы прорастающих семян растений». Авт. реф. канд. дисс. Л. 1968 г.

13. В.И. Сесякин. «К вопросу о механизмах переноса почвенной влаги в семена и воздействия на них электромагнитных полей». (https://otherreferats.allbest.ru/agriculture/00815177_0.html).

14. «Глубина посева и создание эффективного ложа для семян». 2014г. (https://agro-archive.ru/agrotehnicheskiy-metod/242-glubina-poseva-i-sozdanie-effektivnogo-lozha-dlya-semyan.html).

15. О. Иващенко. «Оптимальная плотность почвы -- важная составляющая успеха». Журнал «Пропозиція». №9, 2020 г. (https://agroexpert.md/rus/novosti/optimalinaya-plotnosti-pochvy-vazhnaya-sostavlyayushchaya-uspeha).

Размещено на Allbest.ru