Классификация и происхождение культурных растений

В эволюции растений решающее влияние на формирование генотипа оказывают экологические условия района их происхождения. Все культурные растения по типу фотопериодизма разделяют на две группы: культуры короткодневного фотопериодизма, которые сформировались как виды в тропическом и субтропическом поясе, где летом продолжительность дня близка к продолжительности ночи (короткий день), и культуры длиннодневного фотопериодизма, сформировавшиеся в зоне средних широт (умеренного пояса), зоне длинного летнего дня.

В тропической и субтропической зонах напряженность инсоляции и температурного режима выше, чем в северных широтах, температура здесь никогда не лимитирует рост и развитие растений. При высокой напряженности температуры верхний слой почвы быстро пересыхает, но растения адаптировались к этому: в первый период вегетации они большую часть ассимилянтов направляют в корневую систему, чтобы корни могли достичь влажного слоя почвы. Это имеет важное агротехническое значение. Длиннодневные сорняки, интенсивно растущие с первых фаз развития, заглушают короткодневные культуры, и получить хороший урожай без прополки и гербицидов невозможно.

В северных широтах, где сформировались виды длиннодневного фотопериодизма, напряженность температурного режима ниже, продолжительность вегетации нередко ограничивается продолжительностью безморозного периода. Этот же фактор лимитирует сумму активных температур, и тем больше, чем выше северная параллель. Вегетационный период короткодневных культур здесь также ограничивается последним сроком возврата весенних холодов и сроком наступления осенних заморозков. В северных широтах в связи с меньшей напряженностью температурного режима верхний горизонт почвы медленнее пересыхает, и длиннодневные виды, в том числе и сорняки, с первых фаз развития быстро наращивают надземную вегетативную массу. Длинно-дневные культуры оказываются по отношению к сорнякам более конкурентоспособными, чем короткодневные.

Почвы зоны формирования короткодневных культур, как правило, средние и тяжелые по гранулометрическому составу, имеют нейтральную или щелочную реакцию среды, богаты одновалентными и двухвалентными катионами, поэтому культуры короткого дня требуют нейтральныхили слабокислых почв с высокой емкостью почвенного поглощающего комплекса (ППК). В северных широтах почвы чаще легкого гранулометрического состава, слабокислые и кислые, с низким содержанием основных элементов минерального питания. Поэтому культуры длинного дня лучше выдерживают кислые почвы, небогатые питательными веществами (хотя потенциальную продуктивность они реализуют на слабокислых и нейтральных, богатых элементами питания почвах). Установлено, что с продвижением короткодневных культур на север увеличиваются продолжительность их вегетационного периода и накопление вегетативной массы, а с продвижением на север длиннодневных культур, наоборот, сокращается период вегетации и снижается фитомасса.

Для прохождения каждого межфазного периода онтогенеза растению необходима определенная сумма активных температур. Активной температурой принято считать нижний порог температуры, при которой все физиологические процессы в растении проходят нормально. Условно за такой порог принята температура +10 °С. Для прохождения онтогенеза каждому виду и сорту требуется своя сумма активных температур, обусловленная генотипом. Зная сумму активных температур сорта, можно безошибочно определить ареал устойчивого вызревания его семян, зная сумму температур за каждый межфазный период, можно с большой степенью надежности прогнозировать наступление каждой фазы развития. Например, для сои южных сортов от всходов до бутонизации необходима сумма активных температур 1500 °С. Пока растения не наберут эту сумму температур, они не перейдут в генеративный период, и продукты фотосинтеза будут направляться на рост вегетативной массы. С фазы бутонизации до образования плодов (бобов) необходима сумма активных температур еще 400 °С, а всего для прохождения онтогенеза этим сортам требуется 3500 °С. Там, где сумма активных температур меньше этого значения, соя будет формировать вегетативную массу.

Для длиннодневных культур имеет значение не только сумма активных температур, но и продолжительность светового дня. С увеличением длины дня сокращаются межфазные периоды, следовательно, и время на накопление массы вегетативных органов; сокращается период вегетации, но при этом снижается масса растений.

Таким образом, вид растения, его генотип являются отражением экологических условий зоны его формирования. Чем в более экстремальных условиях сформировался вид, тем меньшие требования он предъявляет к условиям выращивания. Чем дальше возделывают вид от ареала его происхождения, тем большее число основных факторов среды приходится человеку корректировать агротехническими приемами, тем больше затрачивать средств на единицу продукции этого вида. Альтернативой этому положению может быть создание сорта, биология которого изменена по сравнению с исходной формой и соответствует параметрам основных факторов среды зоны, для которой создан сорт.

Производственная и ботанико - биологическая группировка полевых культур.

Все полевые культуры по назначению основной продукции делятся на 4 группы.

Озимые хлеба

Озимые хлеба имеют большое значение в увеличении производства зерна в нашей стране. В основных районах возделывания они дают более высокий урожай, чем яровые хлеба. Важное значение имеют посевы зимостойких, короткостебельных, устойчивых к полеганию сортов озимой пшеницы с потенциальной урожайностью 80—90 ц/га и сортов озимой ржи с урожайностью 50—60 ц/га;

Биологические формы зерновых хлебов

У зерновых хлебов различают следующие биологические формы: озимые, яровые и двуручки. Озимые — это такие хлеба, которые для прохождения стадии яровизации в начальный период развития требуют невысоких температур от —1 до +10°С в течение 20—50 дней. Поэтому их высевают осенью, за 50—60 дней до наступления устойчивых морозов, а урожай получают в следующем году. При весеннем посеве они, как правило, кустятся и не образуют стебля и колоса.

Яровые для прохождения стадии яровизации требуют более высоких температур: от 5 до 20 °С в течение 7—20 дней, поэтому их высевают весной и урожай собирают в том же году.

Двуручки проходят стадию яровизации при температуре 3—15°С. В южных районах имеется ряд сортов, которые нормально растут и развиваются и дают урожай при весеннем и осеннем посевах.

Деление хлебов на озимые, яровые и двуручки условно. Но использование этих форм в производственном отношении имеет большое значение и позволяет уменьшить напряженность труда в весенний период и во время уборки.

Озимые хлеба, хорошо развившись с осени, лучше, чем яровые, используют весенние запасы влаги и питательных веществ. С наступлением устойчивого тепла весной они быстро наращивают вегетативную массу и меньше, чем яровые, страдают от весенних засух. Более раннее созревание озимых ограждает их также от суховеев. Озимую пшеницу убирают на 8—10 дней раньше яровой, озимый ячмень — на 10—12 дней раньше ярового. Ранняя уборка позволяет тщательнее подготовить почву для последующих культур. Перенесение некоторой части полевых работ на осень заметно уменьшает их напряженность в период весеннего посева.

Осеннее и весеннее развитие

Развитие озимых хлебов протекает вдва периода. Первый проходит осенью — от посева до устойчивых заморозков, второй — начинается весной и завершается плодоношением и отмиранием растений. При весеннем посеве озимые культуры не способны образовывать репродуктивные органы. В осенний период у них интенсивно увеличиваются корневая система и листовая поверхность.

При понижении температуры и сокращении длины дня ростовые процессы приостанавливаются, благодаря чему в узле кущения и листьях накапливается большое количество запасных пластических веществ, особенно Сахаров. У растений наступает состояние покоя, в котором они находятся в течение зимы. Устойчивость озимых к низким температурам представляет собой важное приспособительное свойство, которое выработалось в процессе эволюции.

. В повышении зимостойкости растений большую роль играют свойства протоплазмы, определяющие ее водоудерживающую способность. Этот фактор имеет решающее значение для перезимовки. Избыток или недостаток воды становится одной из причин гибели озимых. При избытке влаги наблюдается значительное образование кристаллов льда в тканях растений, что губительно отражается на их состоянии. Недостаток влаги приводит к необратимой коагуляции биоколлоидов протоплазмы, и растения погибают.

На устойчивость озимых к неблагоприятным условиям большое влияние оказывает внесение в рядки гранулированного, особенно марганизированного, суперфосфата из расчета 10—12 кг/га Р₂О₅ одновременно с посевом семян. Удобрение в начале вегетации фосфором и марганцем способствует накоплению в узлах кущения пластических веществ и повышению зимостойкости. Осенняя подкормка фосфорно-Калийными удобрениями повышает устойчивость растений к неблагоприятным зимним условиям. Обильное питание азотом усиливает рост растений и отрицательно влияет на их закалку.

Перезимовка озимых культур

Устойчивость растений к комплексу неблагоприятных условий в период перезимовки называют зимостойкостью. Способность растений противостоять воздействию низких отрицательных температур называется морозостойкостью. Способность растений противостоять воздействию низких положительных температур называется холодостойкостью. Из озимых культур наиболее морозостойка озимая рожь, которая выдерживает морозы до 20 °С и более на глубине узла кущения. Менее устойчива озимая пшеница, для которой опасны температуры ниже —16—18°С. Озимый ячмень повреждается при морозе ниже 12 °С.

Зимостойкость и морозостойкость растений — сложное физиологическое свойство. Оно непостоянно, формируется на определенных этапах развития, особенно в процессе закалки растений. И. И. Туманов установил, что закалка протекает осенью в две фазы. Первая ее фаза проходит в условиях интенсивного света и пониженных температур (от 8 до 10 °С) в дневные часы и при температуре около 0°С в ночное время. В этой фазе в растениях, особенно в узлах кущения, накапливаются пластические вещества, по преимуществу сахар, так как в прохладное время (ночью) их расход на ростовые процессы и дыхание растений замедляется. Перед уходом в зиму у озимых культур накапливается около 20—25% Сахаров в пересчете на сухое вещество. Озимые, прошедшие первую фазу закалки, способны выдерживать температуру до —10, —12 °С. Но основная фаза закалки растений — вторая, при которой происходит постепенное обезвоживание клеток, отток воды из цитоплазмы в межклеточные пространства и превращение в клетках нерастворимых в воде органических веществ в растворимые. В результате этих процессов значительно повышается концентрация клеточного сока в узлах кущения и влагалищах листьев.

Быстрее проходит вторую фазу закалки озимая рожь, медленнее— озимая пшеница и совсем медленно — озимый ячмень. После этой фазы резко повышается устойчивость растений к неблагоприятным условиям зимовки. Вторая фаза закалки протекает в растениях как на свету, так и в темноте при более низких температурах (от 0 до -5°С).

Продолжительность фазы закаливания зависит от вида растений, сорта и метеорологических условий. Процесс закаливания очень сложен и еще полностью не раскрыт.

В процессе закаливания озимых в вегетативных органах накапливается много растворимых углеводов и аминокислот. Среди них наиболее высокий удельный вес имеют олигосахариды, пролин, аспарагин и глютаминовая кислота. При закаливании наибольшее количество растворимых углеводов и свободных аминокислот накапливается в узлах кущения. Морозо- и зимостойкие сорта озимой пшеницы во время закаливания накапливают больше олигосахаридов и свободных аминокислот по сравнению с менее зимостойкими. Олигосахариды постепенно превращаются в растворимые сахара (сахароза и др.), что повышает устойчивость растений к морозу.

Закалка растений зависит от метеорологических условий осени. Ясная, солнечная погода с теплыми днями и прохладными ночами благоприятствует закалке растений, и, наоборот, пасмурная погода осенью с теплыми днями и ночами задерживает ее. Лучшей закалке озимых способствуют оптимальный срок посева, осенние подкормки фосфорно-калийными удобрениями.

Для прохождения полной закалки при благоприятных условиях требуется 20—24 дня. Озимая пшеница, прошедшая хорошую закалку, способна на глубине узла кущения переносить морозы до 18—20 °С. При недостаточной закалке пшеница сильно страдает даже при морозах 15—17°С.