Лекция 2. Агротехнологии в растениеводстве
Агротехнология (agros – поле, techne – искусство, мастерство, умение, logos – учение, наука) - это совокупность методов (приемов) воздействия в процессе производства продукции. Агротехнология (агротехника) в растениеводстве включает в себя технологию выращивания (возделывания) и уборки зерновых, кормовых, технических или других культур.Теоретической основой агротехнологий в растениеводстве являются, прежде всего, биология растений и агроэкология наряду со смежными науками (ботаника, физиология растений, земледелие, сельхозмашины, экономика и др.).
Биологические и экологические основы агротехнологий
Устойчиво высокие урожаи полевых культур возможно получать только при полном удовлетворении биологических потребностей возделываемых растений путем своевременного и оптимального обеспечения их всеми факторами жизни в определенных экологических условиях, с помощью дифференцированного (адаптивного) комплекса агроприемов.
Биология растений – наука об их жизни и требованиях к условиям произрастания. Для нормального роста и развития растениям необходимы: свет, тепло, влага, питательные вещества и воздух. Каждый фактор имеет свои экологические оптимумы и пределы, позволяющие той или иной культуре проявить свою продуктивность, или же, влияя отрицательно, снижает урожай до такого уровня, при котором еще возможно сельскохозяйственное производство.
Для характеристики индивидуального и исторического развития растений используют следующие термины (понятия): онтогенез, филогенез, органогенез.
Онтогенез – индивидуальное развитие растения от момента оплодотворения яйцеклетки и образования зиготы до естественной смерти.
Филогенез – эволюция вида, т.е. развитие его в ряду последовательных поколений со времени образования.
Органогенез - (морфогенез) – возникновение и развитие органов, частей и признаков организма в процессе онтогенеза, сопровождающееся дифференциацией клеток и тканей, образующих орган.
Жизненный цикл однолетнего семенного растения (от семени до семени) включает в себя 5 возрастных периодов, 12 этапов орогенеза, стадии развития, фазы (до 10) и подфазы роста. У семенных растений Н.Н. Кулешов выделил следующие возрастные периоды: 1) эмбриональный, или семенной, - состояние проростка, использующего запасы питательных веществ материнского семени; 2) юности (или молодости), характеризующийся появлением вегетативных органов; 3) зрелости, когда формируются органы размножения; 4) размножения; 5) старение материнского растения, созревания плодов и семян.
Фенологические фазы (фенофазы) – фазы онтогенетического развития растений, формируемые по морфологическим изменениям. Например, у злаков различают следующие фенофазы: всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение, спелость. Фенологические наблюдения – регистрация дат наступления и завершения фаз роста и развития растений по их морфологическим признакам, при этом отмечается как начало фазы (у 10% растений), так и ее полное наступление (у 75% растений).
Формирование каждого органа, как и растения в целом, включает ряд этапов. В развитии злакового растения Ф.М.Куперман установила 12 этапов органогенеза, общих для всех покрытосеменных растений. Каждый этап органогенеза характеризуется присущим ему состоянием нарастания конуса нарастания и образованием соответствующих органов и элементов продуктивности.
I. Формирование первичного конуса нарастания стебля. В набухшем от влаги семени начинается активное образование зародышевых органов. При прорастании зерновки трогается в рост главный зародышевый корешок. Через сутки-двое появляются зародышевые корни. Конус нарастания (точка роста) недифференцированный. Этап завершается прорастанием семени. Элементы продуктивности – полевая всхожесть и густота стояния растений.
II. Усиленная дифференциация конуса на зачаточные узлы и междоузлия стебля, а также зачатки стеблевых листьев. Элементы продуктивности – высота и число листьев, коэффициент кущения.
III. Вытягивание конуса нарастания с образованием сегментов колоса. С началом кущения образуются вторичные (узловые) корни. Элемент продуктивности – число члеников колосового стержня.
IV. Закладка и формирование колосковых бугорков (конуса нарастания второго порядка).Растут нижние междоузлия. Элемент продуктивности – число колосков в колосе.
V. Формирование цветков и колосков. Первыми начинают дифференцироваться колосковые бугорки средней части колоса. На этом этапе окончательно определяется потенциально возможное для сорта число цветков в колосках.
VI. Формированиеспорогенной ткани пыльниковых мешков и завязи пестика.Идет рост тычинок, пестика и покровных органов цветка. Усиленно растут средние междоузлия. Элемент продуктивности – число цветков в колосках.
VII. Завершение процесса формирования пыльцы. Усиливается рост тычиночных нитей. Начинается интенсивный рост члеников соцветия и покровных органов цветка, а также верхних междоузлий. Элементы продуктивности – фертильность цветков, плотность колоса.
VIII. Завершается процесс формирования всех органов соцветия и цветка. Усиленно растет самое длинное верхнее междоузлие. Элементы продуктивности – фертильность цветков, плотность колоса.
IX. Цветение, оплодотворение, образование зиготы. Рост междоузлий стебля прекращается. Элемент продуктивности – озерненность колоса.
X. Формирование и рост зерновки и органов семени. К концуэтапа зерновки достигают типичных для сорта размеров по длине. Элемент продуктивности – величина зерновки.
XI. Накопление питательных веществ в зерновке (налив), идет их рост в толщину и ширину. Элемент продуктивности - величина зерновки.
XII. Рост зерновки прекращается, наступают восковая и полная спелость. Превращение питательных веществ в запасные, созревание семени. Элемент продуктивности – масса зерновки.
Описанные этапы органогенеза используются в практической деятельности. По ним определяют сроки дробного внесения азотных удобрений или сроки полива при орошении.
Европейской ассоциацией по селекции растений (EUCARPIA) лучшей признана десятичная шкала развития злаков (ЕС). Десять фаз пронумерованы от 0 до 10 (0 – прорастание, 1 – рост проростков, 2- кущение, 3 – выход в трубку, 4 – набухание листового влагалища, 5 – колошение, 6 – цветение, 7 – молочное состояние, 8 – восковая спелость, 9 – полная спелость). Каждая основная фаза разделена на подфазы (микрофазы), закодированные также от 0 до 9. Таким образом, весь цикл развития злаков кодируется от 00 до 99.
Шкала микрофаз позволяет более детально контролировать по времени процессы формирования колоса, колосков, цветков, формирования и развития зерновок и на этой основе строить систему ухода за посевами, обеспечивающую получение высокой урожайности культуры и зерна высокого качества.
Фенологические фазы и этапы органогенеза используют в практической деятельности для определения соответствия факторов жизни биологическим особенностям растений, для установления сроков внесения удобрений, орошения и др., что позволяет управлять формированием элементов продуктивности. Вследствие неодновременного образования органов продуктивности низкий показатель одного из элементов урожайности можно в определенной степени компенсировать более интенсивным развитием других элементов путем оптимизации факторов жизни растений в период их формирования (подкормки, поливы, защита от сорняков, вредителей, болезней и др.).
Экологические требования возделываемых в полевой культуре растений отличаются по целому ряду признаков (по продолжительности жизни, реакции на длину дня, типу развития и характеру роста, способу опыления, длине вегетационного периода, по отношению к теплу, влаге и др.).
■По продолжительности жизни различают растения однолетние, двулетние и многолетние (3 года и более).
■По способу опыления – самоопыляющиеся (пшеница, ячмень, горох, соя и др.) и перекрестноопыляющиеся (рожь, кукуруза, сорго, люцерна, гречиха, подсолнечник и др.)
■По продолжительности цветения различают растения с коротким периодом цветения и дружным созреванием (эйхронные) и с длинным периодом цветения и растянутым созреванием (ахронные). Это свойство обусловлено особенностями роста. У эйхронных растений (пшеница, подсолнечник, мак, лен и др.) соцветия образуются в результате дифференциации точки роста стебля, после цветения у таких растений рост прекращается. У растений ахронных (гречиха, горох, свекла, бахчевые, люцерна и др.) соцветия образуются в пазухах листьев, а точка роста стебля может образовывать вегетативные органы до конца вегетации.
■По продолжительности вегетационного периода различают однолетние культуры с короткой (60-80 суток – горох, ячмень, гречиха и др.), средней (90-110 суток – яровая пшеница, овес, лен, горчица и др.) и длинной (120-140 суток – сахарная свекла, подсолнечник, кукуруза и др.) вегетацией. Озимые хлеба, включая период перезимовки, вегетируют 280-340 суток. Вегетационный период растений протекает от всходов до полной спелости.
■По степени развития корней различают культуры с сильно развитой – глубже 2,5 м (кукуруза, подсолнечник, люцерна, сахарная свекла), среднеразвитой – до 1,5 м (пшеница, рожь, ячмень, картофель) и со слаборазвитой корневой системой – до 0,7-0,9 м (гречиха, фасоль, лен).
■По необходимой площади питания – различают растения, требующие большую – 1,0-2,5 м2 (бахчевые), среднюю 0,1-0,2 м2 (культуры широкорядного посева – кукуруза, свекла, подсолнечник) и малую до 0,005 м2 (культуры обычного рядового и узкорядного посева (зерновые, зернобобовые, многолетние травы) площадь питания.
■По отношению к рН почвенного раствора имеются культуры, требующие рН от 7,0-7,5 до 8,0 – сахарная свекла, конопля, люцерна и др.; рН 6,0-7,0 – пшеница, ячмень, кукуруза, зернобобовые (кроме люпина), подсолнечник, клевер и др. и малотребовательные к реакции почвенного раствора (рН 5,0-7,5) – рожь, овес, гречиха, просо и др.
■По устойчивости к засолению почвы различают: солеустойчивые – сахарная свекла, арбуз, тыква, люцерна, донник, выдерживающие содержание солей до 0,7-0,9%, среднеустойчивые (0,4-0,6%) – пшеница, ячмень, просо, сорго и неустойчивые – овес, горох, кукуруза гречиха и др.
■Требовательность растений к питательным веществам связана с их химическим составом. Высокобелковые культуры (бобовые, рапс и др.) больше потребляют из почвы азота; сахар- и крахмалсодержащие растения (свекла, картофель, гречиха и проч.) – калия. Масличные и прядильные культуры выносят из почвы много азота, фосфора и калия.
Корни гречихи, горчицы, люпина, кормовых бобов, донника и подсолнечника хорошо усваивают фосфор из почвы.
Обогащают почву азотом бобовые культуры за счет симбиотической азотфиксации, а обедняют – злаки и др. Для активного симбиоза бобовой культуре наряду с вирулентной расой ризобий (клубеньковых бактерий) требуется определенный комплекс условий: средне- и легкосуглинистые хорошо аэрируемые оптимально влажные почвы, богатые органическим веществом; нейтральная реакция почвенной среды; достаточное содержание в почве фосфора, калия, кальция, молибдена и бора, малое количество минерального азота; высокая культура земледелия и др. Ухудшают азотфиксацию бактериофаги, клубеньковые долгоносики, нематоды и болезни.
■ К плодородию почвы более требовательны высокоурожайные культуры, имеющие недостаточно мощную корневую систему – это пшеница яровая и озимая, ячмень, горох, горох, фасоль, лен, конопля, картофель и др. их высевают на более плодородных почвах. Менее требовательны к плодородию почвы: рожь, сорго, овес, нут, чина, пелюшка, люпин желтый и синий, сераделла, гречиха и др. Эти культуры меньше снижают урожайность при выращивании их на менее плодородных смытых, супесчаных почвах.
•Песчаные и супесчаные удобренные почвы можно использовать для возделывания озимой ржи, овса песчаного, сорго, картофеля, турнепса, столового и кормового арбуза, сераделлы, эспарцета песчаного, люцерны желтой, житняка. Не выносят песчаных почв: кукуруза, пшеница, ячмень, горох посевной, сахарная свекла и др.
•Легко- и среднесуглинистые почвы больше подходят для овса, проса, сорго, сои, гречихи, ячменя, подсолнечника, фасоли, гороха, картофеля.
•Тяжелосуглинистые и глинистые структурные почвы предпочтительны для озимой и яровой пшеницы, ячменя, кукурузы, подсолнечника, кориандра, нута фасоли, сахарной свеклы, конопли, вики, клевера лугового, донника желтого и белого, люцерны синей.
•Эродированность (смытость) почв сильнее снижает урожайность сахарной свеклы, картофеля, бахчевых культур, подсолнечника, пшеницы, проса и др. На среднесмытых почвах можно возделывать ячмень, гречиху, зернобобовые, однолетние травы и др.; на сильно смытых – овес, рожь, люцерну желтую, эспарцет песчаный, донник, житняк и др. Склоновые смытые почвы желательно отводить для долголетнего залужения.
•На щелочных почвах высевают люцерну, свеклу, нут, капусту и др., а на почвах с нейтральной или слабокислой реакцией почвенного раствора – пшеницу, ячмень, кукурузу, зернобобовые (кроме люпина), подсолнечник, клевер, а на кислых почвах – люпин, сераделлу, турнепс, брюкву, картофель. Рожь, овес, гречиха, просо, тимофеевка малотребовательны к рН почвы.
•На засоленных почвах можно высевать: люцерну желтую, лядвенец рогатый, донник, житняк, нут, ячмень, арбуз, тыкву, капусту, рапс, горчицу и сахарную свеклу.Неустойчивы к засолению: фасоль, морковь, гречиха, кукуруза, клевер луговой и ползучий, лисохвост и др.
•На карбонатных почвах лучше удаются: эспарцет песчаный, донник желтый и белый, люцерна желтая, нут, соя, овсяница красная, житняк гребневидный, рожь, ячмень, кукуруза, амарант, сурепица и др.
■По отношению к теплу культуры делят на теплолюбивые (происходящие из тропиков, неустойчивые к холодам и заморозкам, не имеющие озимых форм просовидные злаки, соя, фасоль, бахчевые и др.) и малотребовательные к теплу (выходцы из умеренного климатического пояса, сформировавшиеся в условиях смены теплого и холодного сезонов и выработавшие потребность в пониженной температуре для яровизации, отличающиеся холодо- и морозостойкостью, имеющие как яровые, так и озимые формы, колосовые хлеба, ранние зернобобовые, корнеплоды, крестоцветные масличные, лен, многолетние травы и др.). Выделяют также промежуточную группу среднетребовательных к теплу растений (картофель, сахарная свекла, люпин и др.). Теплолюбивые растения – культуры поздневесеннего или летнего срока посева, среднетребовательные к теплу – среднего, а малотребовательные – ранневесеннего, осеннего (озимые) или подзимнего срока сева. По устойчивости к высокой (35-40оС) температуре выделяют группу жаростойких растений (сорго, просо, могар, нут и др.), которые больше представлены среди теплолюбивых культур.
Потребность культуры в тепле и теплообеспеченность региона выражают суммой биологически активных среднесуточных температур (более +10оС). Зная их можно предвидеть, вызреет культура (сорт) в данном регионе или нет.
■По отношению к влаге выделяют засухоустойчивые (экономно расходующие влагу – сорго, просо, кукуруза, нут, чина, сахарная свекла, подсолнечник, житняк и др.) и влаголюбивые (типичные хлеба, картофель, рапс, гречиха, кормовые бобы, вика и др.) культуры.
Потребность растений во влагеизмеряют количеством воды (в граммах), необходимой для создания одного грамма сухого вещества. Эту величину называют транспирационным коэффициентом (ТК). В зависимости от вида и сорта растения, а также почвенно-климатических условий и погоды величина ТК изменяется в широких пределах: для озимой пшеницы он составляет 300-450, кукурузы – 230-300, гороха – 400-550, сахарной свеклы – 240-300.
Потребность в воде изменяется по фазам развития растения. Периоды наибольшей потребности растений в воде называют критическими. Для озимой и яровой пшеницы, ржи, ячменя и овса критические периоды – выход в трубку–колошение; для сорго и проса – выметывание-налив зерна; для кукурузы -цветение-молочное состояние зерна; для зерновых бобовых и гречихи – цветение; для картофеля –цветение-клубнеобразование.
Оптимальная влажность почвы корнеобитаемого слоя для большинства растений 60-80% НВ, а в период наибольшего развития ассимиляционного аппарата и интенсивного роста – 70-80% НВ.
■По реакции на длину дня (фотопериодизм) культуры делят на растения короткого и длинного дня. У растений короткого дня (просо, кукуруза,подсолнечник, соя и др.) ускоренное созревание происходит при коротком дне (10-12 час.), а у растений длинного дня (пшеница, овес, горох, лен и др.) – при длинном (14-16 час.) Существуют и фотопериодически нейтральные растения (обыкновенная фасоль, нут, гречиха и др.).