Факторы жизни растений и их значение в формировании урожая

Обновлено: 17.09.2024

Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений, который устанавливает, что ни один из факторов жизни растений не может быть заменен никаким другим.

Независимо от количественной потребности в том или другом факторе жизни физиологически они одинаково необходимы растению.

Например, если растению (томатам) необходим микроэлемент бор в ничтожно малом количестве во время цветения для завязывания плодов, и он не будет дан растению, то это может нарушить нормальное плодообразование томатов и т.д.

Дефицит в том или ином факторе жизни определяется не только величиной потребности, но и запасами его в почве и притоком извне. Разница между потребностью и наличием фактора составляет величину дефицита, который должен быть покрыт соответствующими приемами агротехники, мелиорации или химизации.

Закон минимума, оптимума и максимума — “Величина урожая определяется фактором, находящимся в минимуме. Наибольший урожай осуществим при оптимальном наличии фактора. При минимальном и максимальном наличии фактора урожай невозможен”.

Впервые его сформулировал Либих. “Продуктивность поля находится в прямой зависимости от необходимой составной части пищи растения, содержащейся в почве в самом минимальном количестве” Он считал, что прибавка урожая прямопропорциональна увеличению питательного вещества, находящегося в минимуме. У = АХУ — урожай А — коэффициент пропорциональности для данного вида удобрений Х — количество питательного вещества.

В последующем Либих признал понижающий эффект одинаковых доз последовательно вносимых в почву удобрений или других факторов.

По мере удовлетворения потребности растения в недостающем факторе урожай повышается до тех пор, пока не будет ограничен другим фактором, оказавшемся в минимуме.

Закон совокупного действия факторов жизни растений

Все факторы жизни растений действуют совокупно, т.е. взаимодействуют в процессе роста и развития растений. На основании многих исследований, проведенных Либшером, Митчерлихом и др. исследователями были сделаны выводы, которые позволили вскрыть закон совокупного действия факторов жизни растений, который устанавливает, что для получения высоких урожаев с/х культур необходимо одновременное наличие или приток всех факторов жизни растений в оптимальном количестве.

Совместное действие факторов жизни растений проявляется не только в лучшем использовании растениями каждого из них, но и путем воздействия друг на друга.

Например, фосфорные удобрения сами по себе не оказывают влияния на количество доступной для растений воды, но, снижая транспирационный коэффициент и, способствуя более быстрому созреванию урожая, снижают общую потребность растения в воде.

Закон совокупного действия не устраняет закон минимума. Умение определить фактор, находящийся в данном случае в минимуме и воздействовать на него позволяет повышать урожайность при наименьших затратах труда и средств.

Закон возврата

Этот закон открыт Либихом: “Вещество и энергия, отчужденные из почвы с урожаем, должны быть компенсированы (возвращены в почву) с определенной степенью превышения.

Тимирязев и Прянишников признавали этот закон одним из величайших приобретений науки.

При систематическом отчуждении урожая с поля без компенсации использованных урожаем составных частей почвы и энергии почва разрушается, она теряет плодородие.

При компенсации выноса веществ и энергии из почвы она сохраняет свое плодородие, при компенсации веществ и энергии с определенной степенью превышения происходит улучшение почвы. Закон возврата — научная основа воспроизводства почвенного плодородия.

Законы земледелия широко используются в практике земледелия России

Например: интенсивное применение минеральных удобрений в Нечерноземной Зоне обусловило повышенную отзывчивость полевых культур на микроудобрения. Одновременно по мере интенсификации земледелия большую актуальность преобладает регулирование водного режима и кислотно-щелочных свойств почвы.

Высокая культура земледелия предполагает не только научно обоснованную систему удобрения, специализацию севооборотов, почвозащитные системы обработки почвы, приемы борьбы с сорняками, вредителями и болезнями. Но и в целом обязательное использование научно обоснованных почвозащитных зональных систем земледелия. Система земледелия хозяйства — это сложный комплекс, созданный исходя из требований законов земледелия.

На основе исследований Ю. Либиха, В. Р. Вильямса, Э. А. Митчерлиха, С. П. Кравкова, А. Н. Соколовского и др. были установлены и сформулированы важнейшие законы земледелия.

Закон незаменимости и равнозначности факторов жизни растений. Для нормального роста и развития растений в равной степени необходимы вода, воздух, тепло, свет, питательные элементы и другие факторы.

Ни один из этих факторов не может быть заменен другим.

3. Законы земледелия.

Нельзя заменить азот фосфором или калием, и наоборот. Отсутствие любого из них приводит к гибели растений. Даже при недостатке какого-либо микроэлемента, например марганца или меди, следует гибель растений, при этом недостаток марганца нельзя компенсировать цинком или бором.

Р. Вильяме подчеркнул непрерывность возрастания плодородия почв под влиянием сбалансированной системы одновременного воздействия на все факторы жизни растений. Факторы жизни растений равнозначны. Одностороннее воздействие на какой-либо фактор жизни растений без изменения других приводит к постепенному уменьшению эффекта от такого воздействия, а при определенных условиях может снизить урожай.

В качестве примера можно привести результаты исследований Гельригеля. По данным его опытов, каждое последующее увеличение влажности почвы на 10 % уменьшало прибавку урожая ячменя, а при влажности более 60 % ПВ урожаи стали снижаться. Воздействие только на один фактор (воду) вызвало в определенный период снижение урожая, а увлажнение до полной влагоемкости привело к гибели растений.

Закон минимума, оптимума и максимума. В зависимости от конкретных условий каждый фактор жизни растений может характеризоваться минимальным, максимальным и оптимальным значениями показателей.

Как при минимальном, то есть наименьшем количестве фактора, так и при его максимальном количестве создаются наихудшие условия для развития растения; только при оптимальной интенсивности фактора растение имеет наилучшие условия для своего развития.

Различные растения по-разному реагируют на интенсивность действия фактора: воды, тепла, света; так, есть растения теплолюбивые, влаголюбивые, светолюбивые и теневыносливые, морозостойкие и неморозостойкие, короткого или длинного дня, что необходимо учитывать при их возделывании.

Закон лимитирующего фактора. Установлено, что уровень урожайности зависит от количества фактора, находящегося в минимуме, так называемого лимитирующего, который снижает положительное действие всех других факторов.

Чтобы создать нормальные условия для развития растений, необходимо выявить лимитирующий фактор.

Например, недостаток азота в почве ослабляет рост и развитие растений, что отрицательно сказывается на их урожайности. Для устранения недостатка азота необходимо внести азотные удобрения, так как воздействие на другие факторы в данном случае не даст нужного эффекта.

Для различных природных зон характерны свои лимитирующие факторы: в таежно-лесной зоне — это низкое содержание питательных элементов и повышенная кислотность дерново-подзолистых почв; в степной зоне — недостаток влаги в южных черноземах и каштановых почвах.

Следовательно, для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в таежно-лесной зоне необходимо вносить органические и минеральные удобрения, а также известковать кислые почвы, а в степной зоне — применять приемы по накоплению и сохранению влаги в почве.

Закон комплексного действия и оптимального сочетания факторов. Для повышения урожаев сельскохозяйственных культур необходимо оптимальное сочетание всех экологических факторов.

При комплексном действии изменение одного фактора влечет за собой изменение других факторов и при оптимальном сочетании повышается общая эффективность. Например, в результате применения удобрений повышается концентрация питательных веществ в почвенном растворе и растениям для образования органического вещества требуется меньше воды.

Закон возврата в почву питательных веществ. Сельскохозяйственные культуры ежегодно потребляют большое количество элементов питания из почвы (азота, фосфора, калия), которые отчуждаются вместе с урожаем.

Кроме того, в процессе водной и ветровой эрозии из почвы также выносится большое количество питательных веществ. В результате происходит истощение почв. Для предотвращения снижения почвенного плодородия необходимо возвращать в почву питательные вещества с помощью внесения удобрений.

Закон соблюдения правильного чередования сельскохозяйственных культур в полях севооборота. Культурные растения потребляют различное количество питательных веществ при создании урожая.

Например, зерновые культуры (пшеница, рожь, овес и др.) выносят из почвы сравнительно больше азота и фосфора, корнеплоды (сахарная свекла и картофель) — калия, бобовые культуры — кальция. Длительное возделывание той или иной культуры на одном поле приводит к истощению почвы элементами, выносимыми в большом количестве, а также вызывает поражение растений характерными для них вредителями. Для того чтобы избежать отрицательных последствий бессменных посевов, необходимо соблюдать правильное чередование сельскохозяйственных культур в полях севооборота.

Таким образом, формирование урожая и эволюция почвенного плодородия происходят в строгом соответствии с законами земледелия.

Научное понимание и практическое использование этих законов позволяют эффективно регулировать почвенное плодородие и получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур.

Интересное

Основные законы земледелия и их значение.

Сущность закона заключается в том, что ни один фактор жизни растений нельзя полностью исключить или заменить другим; в обоих случаях гибель растения неизбежна.

Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизни растений является основополагающим. Именно вследствие равнозначимости и незаменимости факторов проявляется действие других законов — минимума, совокупного действия.

Особенность этого закона такова, что в производстве его проявление мало заметно. Это объясняется тем, что в естественных условиях растения находят все необходимые для их роста и развития факторы, хотя в количественном отношении потребность в них и наличие их может быть самое различное.

Здесь уже вступает в действие законы минимума и совокупного действия.

Идя методом исключения физиологи растений и агрохимики установили состав полной питательной смеси. В 1859 г. растения в водных культурах в опытах И. Кнопа и Ю. Сакса впервые были доведены до созревания.

Закон минимума. Этот закон сформулирован Ю. Либихом в 1840 г. Он так описывает его действие: «Каждое поле содержит одно или несколько питательных веществ в минимуме и одно или несколько других в максимуме.

Это несколько сглаживает категоричность закона минимума, однако значительного повышения урожайности можно достичь лишь повышаяобеспеченность культур недостающими факторами.

В условиях Северного Казахстана в первом минимуме находится влага. Предположим, нам нужно выбрать, что в первую очередь применять: снегозадержание, лункование, искусственноеоструктуривание или другие приемы.

Все они прямо или косвенно улучшают водный режим почвы, но наиболее сильное воздействие оказывает снегозадержание.

При этом оказываются неизбежно затронуты другие факторы жизни растений: воздушный, тепловой, микробиологический и пищевой режим почвы и агрономы неизбежно вынуждены регулировать и их в соответствии с законом совокупного взаимообусловленного, а не изолированного действия факторов жизни растений. Только обеспечив растения влагой, можно рассчитывать на высокий эффект от применения удобрений, гербицидов, районированных сортов и т.д.

Формулировка закона дана В.Р. Вильямсом .

Закон оптимума говорит о том, что наибольший урожай достижим при оптимальном наличии каждого фактора жизни растений.

Каждое растение имеет оптимальные границы, в пределах которых обеспечение всеми факторами жизни оказывает наиболее благоприятное воздействие на урожай.

Это отчетливо наблюдается по отношению растений к температуре, свету, воде и другим факторам.

Однако оптимизация в обеспеченности растения каким-либо одним или несколькими факторами не приведет к успеху.Наибольший урожай возможен при одновременном наличии в оптимальном количестве всех факторов жизни растений.

Закон совокупного взаимообусловленного, а не изолированного действия факторов жизни растений. Его можно сформулировать следующим образом: комплекс факторов жизни растений представляет собой единое целое, все элементы которого неразрывно связаны друг с другом.

Воздействие на один из них влечет за собой изменение всего комплекса. Постоянный прогресс возможен лишь в том случае, когда воздействие направлено на весь комплекс факторов одновременно.

Каждый специалист должен быть глубоко убежден в том, что без учета действия этого закона нельзя рассчитывать на постоянный успех.

Закон возврата Ю.

«Элементы пиши растений, отчужденные из почвы с урожаем, должны восполняться до оптимума за счет внутрипочвенных процессов (химических, микробиологических и т.п.) и внесением удобрений.

Значение закона возврата для сохранения и дальнейшего повышения плодородия почвы чрезвычайно велико.

Однако в условиях недостаточно благоприятного климата, например засушливости, этот принцип не соблюдается. Наибольшее производство зерна с гектара севооборотной площади достигается в зернопаровых севооборотах, в которых кроме пшеницы, или пшеницы и ячменя других культур нет.

Законы земледелия

Изложенные в этой статье законы земледелия в разных научных источниках формируются с некоторыми различиями, но это не меняет их сути и смысла. Главное, что следует извлечь из этих постулатов современной агрономии — использовать плодородные свойства почвы следует очень осторожно и разумно, не подвергая ее истощению и, как следствие, убивая способность давать жизнь растениям.

Соблюдать эти законы обязаны все, чья деятельность так или иначе связана с использованием почвенных ресурсов, иначе наши потомки будут лишены счастья любоваться зеленью на Земле и получать натуральную пищу, возделывая ее плодородный слой.

Закон возврата питательных веществ заключается в том, что для поддержания плодородия почвы человек обязан восполнять запасы питательных веществ в ней, выносимых урожаем. Это восполнение осуществляется внесением органических и минеральных удобрений; применением специальных агротехнических приемов, способствующих разложению в почве растительных остатков и сохранению продуктов разложения; посевов специальных, удобряющих почву растений.

Простыми словами смысл этого закона можно выразить так: для поддержания плодородия почвы необходимо вернуть ей ту часть потерянных питательных веществ, которую человек забрал у нее в виде урожая. Ведь урожай (плоды, листва, коренья, стебли и т.

д.) должны были стать частью почвы, разлагаясь в ней, образуя гумус, тем самым поддерживая плодородные свойства. Поскольку человек собрал урожай, он должен возместить почве потерю в виде различных удобрений или иными агротехническими приемами.

Этот закон впервые был сформулирован немецким химиком Юстусом Либихом (1803 – 1873 г.г.), автором теории минерального питания растений, одним из создателей агрохимии. К. А. Тимирязев назвал этот закон величайшим приобретением науки.

Т. е. Ю. Либих неразрывно связывает процветание и гибель целых народов и цивилизаций с тем, как они относятся к земле (почве), на которой проживают.

На законе возврата питательных веществ основывается балансовый метод расчета норм удобрений, вносимых в почву.

Закон плодосмена утверждает, что более высокие урожаи получаются при чередовании культур на поле, чем при бессменных посевах.

Объясняется это тем, что разные культуры потребляют из почвы питательные элементы в разных количествах, при длительном их выращивании развиваются специфические вредители и возбудители болезней, определенные сорные растения.

Закон оптимума, минимума и максимума фактора жизни растения, который утверждает, что при прочих равных условиях наибольшую продуктивность растение дает, когда фактор имеется в оптимальном количестве.

Уменьшение и увеличение любого фактора жизни растения по сравнению с оптимальным снижает продуктивность, и при определенных для каждого растения минимальных или максимальных значениях фактора растение или не дает урожая, или погибает.

Так как растение развивается при одновременном действии многих факторов, отсюда следует закон незаменимости и равнозначности всех факторов жизни. В соответствии с этим законом ни один из факторов не может быть заменен другим. Например, нельзя недостаток или избыток влаги компенсировать повышенными нормами удобрения и т.

п. Равнозначность факторов заключается в том, что даже ничтожная потребность растения в каком-либо элементе питания, если она не удовлетворяется, приводит к нарушению роста и развития растения.

Основные законы земледелия и их использование в сельскохозяйственном производстве.

В земледелии очень важно оценить эффект от одновременного изменения нескольких факторов. Эта оценка вытекает из закона совокупности действия факторов жизни растения, согласно которому растение имеет небольшую продуктивность, когда все факторы находятся в оптимуме.

Закон совокупности действия факторов обосновывает необходимость и эффективность комплексных мелиораций, т. е. одновременное улучшение водного, воздушного, солевого и питательного режимов почв.

Законы земледелия (или агрономии) по своей сути кажутся простыми и даже наивными для современного человека. Но их смысловая информация вобрала в себя опыт многовековой деятельности человечества по выращиванию сельскохозяйственных культур растений.

И нельзя не согласиться с мнением великого таланта от биологии — нашего соотечественника К. А. Тимирязева об исключительной ценности этих законов и основополагающих выводов, сделанных гениями от агрономии, даже спустя десятки и сотни лет.

Растения в течение всей своей жизни постоянно находятся во взаимодействии с внешней средой. Требования растений к факторам жизни определяются наследственностью растений, и они различны не только для каждого вида, но и для каждого сорта той или иной культуры.
Это связанно с тем, что каждому растению нужны конкретные, изменяющиеся во времени количества лучистой энергии, температура среды, вода, разнообразные растворенные химические элементы, газовый состав почвенного и атмосферного воздуха, свойства среды обитания.
Вот почему глубокое знание этих требований дает возможность правильно устанавливать структуру посевных площадей, чередование культур, размещение севооборотов.

Факторы жизни растений подразделяются на космические и земные.
К космическим относятся свет и тепло, к земным - вода, воздух и питательные вещества. Космические факторы имеют существенные особенности, так как практически не регулируются в земледелии.
Для нормальной жизнедеятельности растениям необходимы свет, тепло, вода, питательные вещества, включая углекислоту и воздух.

Рассмотрим влияние основных факторов и условий на рост и развитие растений.

Основным источником света для растений является солнечная радиация. Хотя этот источник находится вне влияния человека, степень использования световой энергии солнца для фотосинтеза зависит от уровня агротехники: способов посева (направление рядков с севера на юг или с востока на запад), дифференцированных норм высева, обработки почвы и др.
Свет, т. е. оптическое излучение солнца в виде электромагнитных волн определенной длины, включающее видимое человеческим глазом инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, оказывает большое влияние на рост и развитие растений. Прежде всего, свет – источник энергии для фотосинтеза.

Фотосинтезом называют процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов. В ходе световой стадии фотосинтеза образуется высокоэнергетические продукты: макроэргическое соединение - АТФ, служащее в клетке источником энергии, и НАДФН, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта в процессе фотосинтеза выделяется кислород.

Помимо этого, свет оказывает прямое влияние на развитие растений. Без него растения не зацветают и не плодоносят. При недостатке света зерновые, например, плохо кустятся, стебли вытягиваются, растения полегают, зерно получается щуплым, с низким содержанием белка. Свет влияет на качество продукции и других растений: сахарная свекла при хорошем освещении накапливает больше сахара, картофель – крахмала, подсолнечник – жира. Растения реагируют на смену дня и ночи, на изменение интенсивности освещения. Эту реакцию называют фотопериодизмом.

Для нормального развития одних растений нужен длинный световой день, что наблюдается в южных широтах. Так, озимая рожь, овес, пшеница запаздывают с цветением в условиях короткого дня. Другие растения (рис, хлопчатник, сорго, просо, табак) лучше развиваются в широтах с коротким световым днем.

В практике земледелия используют приемы, позволяющие улучшить освещенность растений. К ним относятся правильное ориентирование рядов посевов по отношению к странам света. Например, посев зерновых рядками в меридиональном направлении по сравнению с широтным дает прибавку урожая до 2. 3 ц/га за счет лучшего освещения растений утром и вечером и затенения их друг другом в жаркие полуденные часы.

Необходимо создать правильную густоту стояния растений при посеве, более равномерно распределять их по площади, уничтожать сорные растения, затеняющие культурные. Своевременное прореживание растений и уничтожение сорняков улучшают освещенность растений. Как правило, более ранние сроки посева и посадки способствуют усилению фотосинтетической деятельности и повышению урожая. В условиях длительного лета применяют пожнивные и поукосные посевы, позволяющие полнее использовать солнечную радиацию.

Тепло

Тепло в жизни растений, наряду со светом представляет основной фактор жизни растений и необходимое условие для биологических, химических и физических процессов в почве. Каждое растение на различных фазах и стадиях развития предъявляет определенные, но неодинаковые требования к теплу, изучение которых составляет одну из задач физиологии растений и научного земледелия. Тепло в жизни растений влияет на скорость развития в каждой стадии роста. В задачу земледелия входит также изучение теплового режима почвы и способов его регулирования.

Все процессы, происходящие в растении (прорастание семян, рост, плодообразование, фотосинтез), наилучшим образом протекают при определенной оптимальной температуре. При отклонении ее в ту или иную сторону эти процессы тормозятся, что приводит к снижению урожая. Для каждой фазы развития существуют минимальные и максимальные температуры, при которых физиологические процессы останавливаются, и растения даже могут погибнуть.

По отношению к теплу растения подразделяют на холодостойкие, семена которых прорастают при температуре почвы 2 – 5 ˚С, и за весь вегетационный период им нужна сумма активных (более 10 ˚С) среднесуточных температур воздуха 1200 – 1800 ˚С, и теплолюбивые, семена которых прорастают при температуре почвы 8 –12 ˚С и нуждаются в сумме активных среднесуточных температур воздуха 3000 – 4000 ˚С.
Для многолетних и озимых сельскохозяйственных растений нужна определенная температура почвы в зимний период.

Воздух

Воздух в жизни растений (атмосферный и почвенный) необходим как источник кислорода для дыхания растений и почвенных микроорганизмов, а также как источник углерода, который растение усваивает в процессе фотосинтеза. Кроме того, Воздух в жизни растений необходим для микробиологических процессов в почве, в результате которых органическое вещество почвы разлагается аэробными микроорганизмами с образованием растворимых минеральных соединений азота, фосфора, калия и других элементов питания растений.
Растению необходим углекислый газ, используемый им при фотосинтезе, и кислород – в процессе дыхания, т. е. в процессе окисления, связанном с выделением энергии для других физиологических процессов. Углекислый газ растения поглощает из приземных слоев атмосферы, состав которой человек практически изменить не может.
Кислород растение получает из воздуха и из почвы. Кислородное питание может быть нарушено при затоплении растений или при обильных снегопадах и не промёрзшей почве, когда растения продолжают вегетировать.

Растения чувствительны к составу почвенного воздуха, в частности к содержанию в нем кислорода. Он, прежде всего, необходим для прорастания семян и потребляется корнями растений. Особенно требовательны к кислороду корнеплоды и клубнеплоды, масличные и бобовые культуры. Менее требовательны – зерновые, некоторые из них снабжают корни кислородом, запасенным в воздухоносных полостях стеблей. Эти полости особенно развиты у риса, который может расти на почве, затопленной водой, а также у кукурузы.
Кислород, а также азот нужен многим микроорганизмам, принимающим активное участие в формировании плодородия почвы.

Количество и состав почвенного воздуха можно регулировать, изменяя содержание влаги в почве с помощью орошения или осушения, соответствующей обработке почвы (рыхлением или прикатыванием). Внесение органических удобрений (навоза, компостов, торфа) приводит к увеличению концентрации углекислого газа в почве и уменьшению кислорода. В почвах, содержащих много гумуса, формируется благоприятная структура, что улучшает их воздушный режим.

Вода в жизни растений и питательные вещества, за исключением углекислоты, поступающей как из почвы, так и из атмосферы, представляют почвенные факторы жизни растений. Поэтому воду и питательные вещества называют элементами плодородия почвы.
Значение воды в жизни растений определяется целым рядом ее свойств. Среди них необходимо отметить способность ее быть растворителем и средой, в которой совершается передвижение веществ и их обмен. В растительном организме воды содержится от 70 до 95 %. С поступлением и передвижением ее в растениях связаны все жизненные процессы. При наличии воды и других факторов семена набухают и прорастают, растут ткани, поступают в растения и передвигаются в них питательные элементы, осуществляется фотосинтез и синтезируется органическое вещество.

Вода - незаменимый терморегулятор для растений. Проходя через него, она регулирует температуру растительного организма и повышает его устойчивость к высоким и низким температурам. Вода поддерживает тургор клеток, распределяет по отдельным органам продукты ассимиляции.
Растения нуждаются в воде с момента посева семян и до окончания формирования урожая. При этом в разные периоды жизни растения требуют неодинакового количества воды: меньше - в начальный период, больше - в период формирования мощной вегетативной массы и генеративных органов, к концу жизни потребность в воде уменьшается.

Период острой потребности растения в воде называется критическим, у зерновых он совпадает с фазой выхода в трубку - колошением, у зернобобовых - цветения, у картофеля - цветения и клубнеобразования. Недостаток влаги в это время резко снижает продуктивность растений.
Важной функцией воды является и то, что она влияет на плодородие почвы. Вступая во взаимодействие с ней, вода изменяет физическое состояние, течение микробиологических процессов, химические и другие превращения, становится одним из факторов почвообразовательного процесса, определяет уровень эффективного и потенциального плодородия почвы.
Источник водоснабжения растений - почва. Жизнь растения зависит не только от наличия влаги в почве, но и от ее потенциала, характеризующего степень связности влаги твердой фазой почвы и ее осмотическое давление, зависящее от концентрации почвенных растворов.

Элементы питания растений

В обмене веществ между растениями и окружающей средой важнейшим условием является корневое питание. В состав сухой массы растений входит несколько десятков элементов питания, однако некоторые из них абсолютно необходимы для всех растений. Это макроэлементы – углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера и микроэлементы – бор, марганец, медь, цинк, молибден, кобальт и др.

Первые четыре макроэлемента (углевод, кислород, водород, азот) входят в состав органической массы растений и называют органогенами, остальные – зольными элементами.
Углевод, кислород и водород, на долю которых приходится около 93 – 94% сухой массы растений, усваиваются растением из воздуха в процессе фотосинтеза, а азот и все зольные элементы растения берут из почвы.
Каждый элемент питания имеет определенное значение в жизни растений.
Углерод, кислород, водород и азот – важнейшие составные части органических веществ – углеводов, белков и жиров.

Азот входит в состав белков, которые являются основой жизни, и влияет главным образом на ростовые процессы. При недостатке азота рост и развитие растений сильно замедляются, растение имеет мало листьев и бледную окраску. Избыток азота значительно увеличивает рост растений, затягивая их созревание.
Фосфор особенно необходим на ранних этапах развития растений и в период плодоношения. Он способствует лучшему развитию семян, плодов и ускорению созревания культур.
Калий накапливается преимущественно в молодых частях растений, играет важную роль в накоплении углеводов, повышает устойчивость растений к заболеваниям. Вместе с фосфором он увеличивает зимостойкость озимых культур.
Кальций способствует развитию мощной корневой системы у растений, уменьшает вредное влияние ионов водорода и алюминия.

Сера, магний, железо участвуют в окислительных процессах. Сера входит в состав белка, магний – хлорофилла, железо – необходимый элемент при образовании хлорофилла, хотя и не входит в его состав.
Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов. Они влияют на процессы обмена веществ в растениях и выполняют ряд других специфических функций.

Обобщение многовекового опыта выращивания сельскохозяйственных культур привело к формированию законов земледелия.

Информационно-аналитический портал
для крестьянских фермерских хозяйств

14 Ноябрь 2012 г. 21:25

Факторы жизни растений и законы земледелия

Вода. В жизни растений вода имеет огромное значение, так как все процессы жизнедеятельности происходят с ее участием. Все питательные вещества усваиваются только в растворах. С водой в растение из почвы поступают питательные вещества, испарение воды листьями обеспечивает нормальные температурные условия жизнедеятельности растений.

Почвообразование и формирование почвенного плодородия происходят только при обеспечении почвы водой. Без нее невозможно развитие почвенной фауны и микрофлоры.

Многие сельскохозяйственные растения нуждаются в большом количестве влаги, поэтому их надо регулярно поливать. Некоторые растения очень требовательны к влажности воздуха, например, капуста. другие больше используют почвенную влагу - тыква, арбузы, свекла и др.

По отношению к влаге кормовые растения подразделяются на следующие экологические типы: мезофиты, гигрофиты и ксерофиты. Гигрофиты (осока, ситник) растут на влажных лугах, болотах, побережьях рек; ксерофиты (полынь, ковыль) - в условиях недостатка влаги; мезофиты (тимофеевка луговая, люцерна, клевер) - в районах среднего увлажнения.

Периоды наибольшей потребности в воде называют критическими. Так, для большинства зерновых культур это фазы выхода в трубку и колошения, для кукурузы - цветения и молочно-восковой спелости, а для картофеля - цветения и клубнеобразования. Установлено, что растения резко снижают продуктивность при недостатке воды в период образования репродуктивных органов. Иногда на сельскохозяйственных угодьях оказывается избыток влаги, и это угнетает растения. Здесь приходится проводить осушение переувлажненных почв.

Для определения суммарной потребности растений в воде применяют транспирационный коэффициент. Это отношение массы израсходованной растениями воды к массе сухого вещества урожая Транспирационный коэффициент зависит от вида растений, стадии их развития, почвенных и погодных условий, насыщенности питания и т.д. В разных регионах для растений транспирационный коэффициент колеблется от 200 до 1000. Только ничтожно малая часть воды (меньше 1 %) идет на создание урожая, а остальная часть расходуется на испарение.

Воздух. Из воздуха растения получают кислород, необходимый для дыхания. Для образования органических веществ в зеленых клетках растение использует из воздуха углекислый газ.

Дыхание корней растений и жизнедеятельность почвенных микроорганизмов обеспечиваются почвенным воздухом. Он участвует в биохимических процессах превращения питательных элементов.

Избыточная влажность приводит к резкому ухудшению воздушного режима растений. Хорошо дренированные почвы с высокой общей скважностью лучше обеспечены воздухом.

Газообмен между почвой и атмосферой осуществляется при изменении барометрического давления, температуры почвы и воздуха вследствие поступления в почву воды, воздействия ветра и других факторов.

Чтобы усилить приток воздуха к корням растений, осуществляют рыхление почвы, что позволяет создавать необходимое строение пахотного слоя и тем самым обеспечивать условия нормального газообмена.

Фотосинтезом называется процесс образования зелеными растениями органического вещества из воды и углекислого газа в результате поглощения энергии солнечного света.

Зеленый цвет листьев растений зависит от особых зеленых пластид - хлоропластов, находящихся в их клетках. Почти у всех растений хлоропласты округлой или слегка вытянутой формы. В каждой клетке имеется несколько десятков, а иногда и свыше сотни хлоропластов. Они состоят из бесцветной цитоплазматической основы и зеленого пигмента хлорофилла, который поглощает световые лучи, но не все видимые лучи спектра, а лишь красные и сине-фиолетовые.

Зеленый лист - источник жизни на нашей планете. Хлоропласты листа- это единственная в мире лаборатория, в которой из простых неорганических веществ - воды и диоксида углерода - создаются органические вещества - сахар и крахмал.

При фотосинтезе усваивается всего лишь 1…2 % энергии солнечных лучей, падающих на растение. Однако и этого вполне достаточно, чтобы растения могли прокормить весь животный мир.

Свет к растениям поступает с солнечными лучами, которые распространяются неравномерно на юге их больше, а на севере меньше. Соответственно и растения, произрастающие в разных местах, привыкли или к обилию света, или к его недостатку. Поэтому их подразделяют на светолюбивые и теневыносливые.

Наиболее требовательны к свету южные растения - арбуз, тыква, баклажаны, фасоль, тропические травы и др. У этих растений при коротком световом дне быстрее образуются плоды и семена, а цветут они в конце лета или осенью.

Пшеницу, рожь, ячмень, овес относят к теневыносливым и холодостойким растениям, у которых цветение и плодоношение наступают при максимальной длине дня.

Продолжительность светового дня можно искусственно регулировать для растений, выращиваемых в теплицах и оранжереях.

Теплота. На рост растений с первых стадий их развития влияет температура почвы. Основным источником теплоты в почве являются солнечные лучи. Другим, но значительно меньшим источником служит теплота, выделяемая в результате биохимических превращений органических веществ, а также поступающая из глубинных слоев Земли.

Физиологические процессы, происходящие в растениях, жизнедеятельность микроорганизмов и почвенной фауны, биохимические процессы превращения веществ и энергии возможны только при определенных температурах.

К теплолюбивым культурам относятся кукуруза, сорго, фасоль, томат, арбуз, дыня, перец.

К пониженным температурам устойчивы чеснок, лук. Неплохо переносят пониженные температуры пшеница, рожь, ячмень, овес, горох, капуста и многие корнеклубнеплоды.

Элементы минерального питания. Из почвы растения получают все необходимые элементы минерального питания калий, кальций, железо, магний, серу, фосфор и азот. Калий необходим для роста растения, кальций - для развития их корневой системы. Магний и железо участвуют в образовании хлорофилла. Без азота, серы и фосфора не образуются белки, входящие в состав цитоплазмы и ядра.

Долгое время ученые-аграрии считали, что только эти элементы необходимы для нормального развития растения, но потом выяснилось, что нужны также очень небольшие количества многих других химических элементов, которые назвали микроэлементами. К наиболее важным в жизни растений микроэлементам относятся марганец, бор, медь, цинк, молибден, кобальт.

Урожай сельскохозяйственных культур зависит от генетических особенностей растений и условий окружающей среды. Получению максимальных урожаев с единицы площади и обеспечению повышения почвенного плодородия способствует знание основных законов земледелия - общебиологических основ формирования урожая.

Закон прогрессивного роста эффективного плодородия почвы. Он гласит, что формирование и увеличение плодородия почвы в течение времени заложены в самой природе почвообразовательного процесса, но его действие возможно лишь при соблюдении правил обработки почвы и выращивания сельскохозяйственных культур по мере интенсификации земледелия.

Почва могла возникнуть лишь после появления живых организмов на Земле. Образование почвы, или почвообразовательный процесс, происходит благодаря глубокому и сложному взаимодействию между живыми организмами и окружающими их условиями внешней среды, к которым прежде всего следует отнести материнские (горные) породы и атмосферу, а также главное условие, обеспечивающее непрерывность этого процесса, - приток солнечной энергии на поверхность земли.

При таком постоянном и непрерывном почвообразовательном процессе происходят взаимный обмен и переход одной формы материи в другую. Мертвая минеральная природа переходит в органическую и живую, а последняя, отмирая и разлагаясь, снова переходит в мертвую минеральную. Постоянное взаимодействие между мертвой и живой природой, а также их переход друг в друга в поверхностных слоях земли и составляет суть почвообразовательного процесса и развития основного и специфического свойства почвы - ее плодородия.

С развитием природного почвообразовательного процесса улучшаются многие показатели плодородия почвы - механические, водные и воздушные свойства. Это свидетельствует о том, что развитие жизни на Земле происходит по восходящей кривой; следовательно, в самой жизни заключен объективный фактор ее умножения, а развитие природного почвообразовательного процесса в целом приводит к улучшению плодородия почвы.

Закон прогрессивного роста плодородия почв имеет принципиальное значение для развития и функционирования процветающего и высокопродуктивного земледелия. Он позволяет людям иметь реальные условия и основания для понимания того, что на Земле имеется возможность удовлетворить потребность населения нашей планеты в продуктах питания.

Закон минимума, оптимума и максимума действий факторов жизни растений. Иногда его называют просто законом минимума. Им определено, что минеральные вещества и другие факторы урожайности одинаково нужны растениям и не могут заменить друг друга.

Закон возврата веществ в почву. В соответствии с этим законом при нарушении баланса усвояемых питательных веществ в почве в результате их потерь при выносе с урожаем или вследствие других причин его необходимо восстановить путем внесения удобрений и выполнения других технологических приемов.

Этот закон также был открыт Юстусом Либихом. Он доказал, что перегной нерастворим в воде и не может служить питанием для растений. Навозом удобряют поле потому, что при его разложения (минерализации) освобождаются аммиак, фосфорная и серная кислота, которые усваивают растения.

Когда земледелец убирает урожай, он отнимает у почвы нужные растениям вещества в несравненно большем количестве, чем возвращает в почву с навозом. Ведь большая часть минеральных веществ корма идет на образование мяса, молока и других продуктов животноводства. Поэтому при одном удобрении навозом поля ежегодно недополучают вещества, которые они отдают растениям. Либих писал о необходимости вносить в почву наряду с навозом минеральные вещества, а тех хозяев, которые не заботятся о соблюдении закона возврата, обвинял в хищничестве, в разграблений плодородия почвы.

Либих призывал правительства и народы европейских государств, чтобы они прислушались к предостерегающему голосу истории и науки и обратили должное внимание на оскудение полей.

Закон возврата получил высокую оценку у агрономов и ученых. В частности, русские ученые К. А. Тимирязев и Д.Н. Прянишников считали открытие этого закона одной из заслуг Ю.Либиха, а сам закон называли величайшим достижением науки.

Соблюдение закона возврата питательных веществ имеет важное значение не только для сохранения и повышения плодородия почвы, достижения высокого урожая, но и для получения продукции нужного биологического качества.

Практика показывает, что можно вырастить высокий урожай, но с низким качеством продукции, например с недостатком, биологически важных микроэлементов, белков, имеющих нужное соотношение аминокислот, с отсутствием необходимого набора витаминов и т. д. Довольно часто при посеве сильных сортов пшеницы по плохим предшественникам и недостаточном внесении азотных и фосфорных удобрений хозяйства получают зерно, не соответствующее установленным кондициям по количеству и качеству клейковины. Это объясняется не только несоблюдением элементарных правил агрономии, но и тем, что не учитывается закон возврата питательных веществ в почву, не вносится нужного количества удобрений для получения запланированного урожая.

Закон совокупного действия факторов роста и развития растений. Наивысшую эффективность в земледелии нельзя обеспечить каким-либо одним агрономическим приемом, даже весьма сильным, ее можно достичь лишь применением всего комплекса агротехнических мероприятий.

Известно, что отдельные факторы жизни растений тесно взаимодействуют, друг с другом. Растения непрерывно испытывают влияние всего комплекса факторов. Научные эксперименты, проводимые в вегетационных сосудах и полевых условиях, показали, что факторы жизни растений в наибольшей степени проявляют свою силу только при совместном действии. В полевых условиях с изменением воздействия на растения одного из факторов неизбежно нарушаются возможность и условия продуктивности использования других факторов.

Например, с повышением температуры воздуха увеличивается расход воды из почвы на испарение и жизнедеятельность растений. При этом повышается содержание воздуха в почве, усиливается деятельность аэробных бактерий, больше накапливается доступной для растений пищи. Но процесс накопления питательных веществ происходит только при оптимальной температуре и наличии необходимого количества влаги в почве.

С наступлением продолжительного засушливого периода с высокой температурой воздуха почва полностью теряет продуктивную влагу, в результате чего прекращается деятельность полезных микроорганизмов, и растения начинают испытывать дефицит влаги. Примеров взаимодействия различных факторов жизни растений весьма много.

Совокупное действие факторов жизни растений является весьма динамичным и изменчивым. Понимание взаимодействия различных факторов в жизни растений позволяет земледельцу управлять этими процессами и соответственно формировать высокие урожаи даже в сложных погодных условиях.

Закон плодосмена. Сельскохозяйственной наукой и практикой накоплен большой опытный материал, который подтверждает преимущества плодосмена, т. е. выращивания растений в севооборотах, по сравнению с монокультурой для примера приведем результаты опытов, ведущихся с 1912 г. на опытном поле Московской сельскохозяйственной академии им К.А. Тимирязева. При бессменном выращивании ржи без внесения удобрений урожай составил в среднем 8,7 ц/га, а при выращивании этой культуры в севооборотах и также без использования удобрения урожай составил 16,8 ц/га, т е почти в два раза выше

Все указанные законы составляют научную основу культурного земледелия. Эти объективные законы природы неумолимы, они существуют независимо от нашей воли, и их нарушение дорого обходится людям Чтобы добиться успеха в выращивании сельскохозяйственных культур и быть всегда в согласии с природой, надо постоянно изучать объективные законы земледелия и умело применять их на практике. В соответствии с этими законами высокие и устойчивые урожаи, возможно, получить лишь при осуществлении всего комплекса агротехнических и экономических мер, повышающих культуру земледелия. Какой-либо один даже очень эффективный прием не принесет ощутимого успеха, если не выполнять при этом всего комплекса необходимых приемов. Только при соблюдении и умелом использовании объективных законов, действующих в природе, применении правильной агротехники можно обеспечить рост культуры земледелия, повышения плодородия почв.

Возделывая культурные растения и используя естественную растительность лугов, степей, лесов, человек получает необходимые ему продукты питания в виде зерна, клубней, плодов и ягод. Промышленность вырабатывает из корнеплодов свеклы сахар, картофеля - крахмал, из семян подсолнечника - масло. Древесина служит сырьем для производства ткани, бумаги, пластмасс, строительных и других материалов. Растения поставляют сельскохозяйственным животным разнообразные корма в виде зеленой массы, сена, корне-

плодов, силоса. Поэтому зеленые растения следует рассматривать как предмет труда и средство производства.

Все продукты земледелия состоят из органического вещества, создаваемого в процессе фотосинтеза. Используя солнечную энергию, воду, углекислый газ и потребляя минеральные вещества из почвы, растения синтезируют огромные массы органического вещества, около 400 млрд т в год. Следует подчеркнуть, что из всех живых организмов лишь растения способны синтезировать жиры, белки, углеводы и другие органические соединения.

Для всех живых организмов на Земле необходима энергия, основным источником которой является солнечная радиация. Растения поглощают ее и аккумулируют в форме органического вещества. Так, при образовании 1 г углерода аккумулируется 39 кДж солнечной энергии. С помощью растений происходит превращение энергии солнца в химическую энергию органического вещества, которую использует большинство организмов. В связи с этим зеленым растениям принадлежит космическая роль в преобразовании кинетической энергии солнечного луча в потенциальную энергию органических веществ. Благодаря растениям на Земном шаре имеются значительные запасы энергии в виде каменного угля, нефти, торфа.

Зеленые растения, используя солнечную энергию, разлагают в процессе фотосинтеза воду и обогащают кислородом атмосферный воздух и воды Мирового океана. Например, для создания 4 т/га зерна озимой пшеницы растения усваивают 4,5 т С0₂ и разлагают 16 т воды, при этом в атмосферу выделяется 14 т 0₂.

Растения влияют на формирование и изменение климата, биосферы. В процессе дыхания живые организмы выделяют углекислый газ. Много его попадает в атмосферу при сжигании топлива на заводах, в автомобилях, жилищах, а также при разложении растительных и животных остатков в почве. Растения, поглощая углекислый газ, очищают атмосферный воздух, улучшают экологическую обстановку, особенно в крупных промышленных центрах.

Велика роль растений в круговороте веществ и энергии на Земле. Поглощая из почвы азот, фосфор, калий, кальций и другие элементы питания, они предотвращают их вымывание в грунтовые воды и способствуют накоплению этих элементов в верхних слоях почвы. Часть веществ и энергии аккумулируется в форме перегноя (гумуса) и вновь используется растениями после его разложения микроорганизмами. Таким образом, совокупная деятельность растений и микроорганизмов почвы обеспечивает необходимый для жизни биологический круговорот веществ. В процессе биологического круговорота веществ образуется почва с ее ценнейшим свойством - плодородием.

Факторы жизни растений. Нормальная жизнедеятельность растений и получение высоких урожаев возможны лишь при постоянном притоке солнечной энергии, тепла, наличии элементов питания, воды, углекислого газа и кислорода. Все эти природные вещества и энергия, от которых зависят рост растений, их урожайность и качество продукции, называют факторами жизни растений. Различают космические (свет, тепло) и земные (вода, элементы питания, воздух). Кроме факторов жизни, на рост растений влияют и условия внешней среды: засоренность полей, поражаемость растений болезнями и вредителями, кислотность почвы, качество и своевременность выполнения полевых работ.

Свет. Он необходим для синтеза органического вещества, роста и развития растений. Энергия солнечного луча затрачивается на испарение влаги, разложение углекислоты и воды в процессе фотосинтеза. При недостатке света замедляется образование корней, снижается урожайность и ухудшается качество продукции.

Использование солнечной энергии регулируют нормой и способами посева, размещением рядков светолюбивых культур с севера на юг, очищением полей от сорняков, применением удобрений, орошения и других агротехнических приемов. Повышение коэффициента использования солнечной энергии достигается размещением растений короткого светового дня (кукуруза, рис, просо) в южных широтах. Культуры, требующие продолжительного дневного освещения (озимая рожь, овес, ячмень, клевер), возделывают в центральных и северных районах.

Тепло необходимо для прорастания семян и появления дружных всходов, для нормального хода фотосинтеза в растении, цветения и созревания семян. Установлено, что наибольшая продуктивность фотосинтеза достигается при температуре окружающего воздуха 20-30°С.

Каждое растение в различные фазы роста предъявляет определенные требования к теплу. Так, оптимальная температура почвы для появления всходов и начального роста у ячменя, овса, гороха составляет 6-12°С, а для картофеля, кукурузы, гречихи - 15-22°С. С учетом этих требований культур к теплу устанавливают оптимальные сроки предпосевной обработки почвы и сева. Поэтому культуры, которые устойчивы к пониженным температурам, а всходы выдерживают заморозки до минус 6-9°С, высевают в самые ранние сроки. К ним относят овес, ячмень, вику, морковь, клевер, люпин. Более теплолюбивые культуры (кукуруза, картофель, подсолнечник, гречиха) легко повреждаются от заморозков до минус 2-3°С,и их высевают в более поздние сроки, когда почва прогреется до 10-12°С.

Вода является важнейшим фактором жизни растений. Она необходима для осуществления биохимических процессов, прорастания семян, поступления питательных веществ из почвы, защиты растений от перегрева, поддержания тургора в клетках и тканях растений. .

Большинство растений за вегетационный период расходует значительное количество воды. Например, на образование 1 ц сухого органического вещества кукуруза расходует 174-406 ц воды, пшеница - 400-500 ц, клевер красный - 400-600 ц, сахарная свекла - 240500 ц. Количество воды, расходуемое растением на создание единицы урожая в сухом веществе, принято называть коэффициентом транспирации.

Низкая увлажненность почвы в фазу кущения тормозит образование у яровой пшеницы и овса вторичных узловых корней, что приводит к значительному снижению урожайности. Культурные растения потребляют максимальное количество воды лишь в определенные фазы роста, которые называют критическими. Так, у картофеля она наступает в фазу бутонизации-цве-тения, у хлебов - выход в трубку-колошение, кукурузы - в фазу цветения-молочной спелости.

Воздух. Атмосферный и почвенный воздух необходим растениям и микроорганизмам почвы как источник кислорода и углерода. При свободном доступе кислорода в почве активно идут окислительные процессы (нитрификация, аммонификация и др.), что улучшает доступность питательных веществ растениям. Суточная потребность корней растений в кислороде - около 1,5 мг на 1 г сухого вещества. Недостаток кислорода тормозит прорастание семян в почве, затрудняет дыхание корней растений, на них меньше образуется корневых волосков. Особенно чувствительны к недостатку кислорода в почве картофель, горох, люпин, сахарная свекла. Легче переносят недостаток кислорода рис, гречиха, злаковые травы, однако урожайность их при нехватке кислорода также значительно снижается. Оптимальные условия для роста корней растений создаются при содержании воздуха в почве не менее 15% от ее объема.

Элементы питания. Потребность растений в питательных веществах зависит от вида и сорта растений, содержания влаги, наличия тепла, гранулометрического состава почвы и других условий. Зеленая масса многих кормовых растений содержит 70-87% воды и 13-30% сухого вещества. В состав сухого вещества входят (в %): углерод - 45, кислород - 42, водород - 6,5 и азот - 1,5. На долю этих элементов приходится 95% сухого вещества. Остальная часть приходится на долю зольных элементов: Р, К, Са, Mo, S, Fe и др. Растения поглощают из почвы необходимые им макроэлементы: азот, фосфор, калий, кальций, серу, магний, железо, а также в небольших количествах и микроэлементы: бор, медь, молибден, марганец и др. Из углекислого газа воздуха они получают углерод, а из воды - водород. Количество доступных растениям питательных веществ определяет плодородие почвы и урожайность культур.

Читайте также: