13327 (Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур. Агробиоценотические основы земледелия)

1. Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур. Два направления анализа: степень адаптивности к агроэкологическим ресурсам среды, влияние культуры и технологии её возделывания на процессы воспроизводства ресурсов ландшафта, прежде всего – плодородия пахотных почв

Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур тесно связана с биологическими особенностями сельскохозяйственных растений, прежде всего с их требованиями к основным факторам жизни – свету, пище, воде, воздуху, с одной стороны, и с возможностями их удовлетворения в конкретных почвенно-климатических, экологических и других условиях, с другой стороны.

Эти возможности связаны, прежде всего, с агроклиматическими условиями, которые существенно различаются по основным регионам страны и являются основополагающими при определении набора сортов, гибридов, разновидностей тех или иных сельскохозяйственных культур. Возделываемые культуры могли бы быть пригодны и адаптированы по потребности в продолжительности вегетации растения, по сумме активных среднесуточных температур, по скороспелости, устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и другим агроклиматическим показателям. Требования и особенности использования факторов жизни растений отражены в основных законах научного земледелия. Однако проявление действия этих законов в системе «почва – растение – окружающая среда» многогранно и находится в большой зависимости от того, какими свойствами обладает растение.

Любое сельскохозяйственное растение может хорошо расти, развиваться и давать высокий урожай лишь в достаточно определенном диапазоне значений факторов жизни, которыми их обеспечивает окружающая среда. Каждое растение имеет свои требования к температурному, водному, воздушному, почвенному, световому, пищевому режимам. Любой природно-экологический фактор может положительно влиять на рост и развитие растений лишь при достаточном наличии всех остальных факторов.

Но в соответствии с законом минимума, оптимума и максимума рост растений и накопление урожая будут снижаться пропорционально отклонению от оптимума в сторону минимума или максимума любого фактора окружающей среды. В связи с этим выделяют лимитирующие факторы внешней среды, которые оказывают наибольшее влияние на продуктивность агроценозов. В каждом регионе имеются свои специфические лимитирующие факторы. Например, в условиях как засушливых, так и избыточно увлажненных районов таким фактором является вода, на малоплодородных или засоленных почвах – недостаток или избыток почвенных солей и т.д.

Отклонения условий жизни от оптимума, который для каждого вида, сорта, гибрида и по каждому фактору имеет свое значение, вызывают ответную реакцию растений – экологический стресс. Такой стресс является совокупностью защитных физиологических реакций, возникающих в организме растений в ответ на воздействие холода, обезвоживания, недостатка питательных веществ, пестицидов, облучения и других неблагоприятных факторов.

Отношение сельскохозяйственных растений к стрессу, их поведение в стрессовых ситуациях – один из важнейших показателей их агроэкологической оценки. Оно связано, прежде всего, с их адаптивным потенциалом, который изучает адаптивное растениеводство. Под адаптивным потенциалом высших растений понимают их способность к выживанию, воспроизведению и саморазвитию в постоянно изменяющихся условиях внешней среды. Благодаря адаптивному потенциалу растений практическая селекция только за последнее столетие способствовала многократному увеличению урожайности сельскохозяйственных культур.

Адаптация (приспособление к условиям существования) – очень важное свойство сельскохозяйственных растений, которое отражает большое многообразие их отношений с окружающей средой. Бесчисленное множество вариаций в биологических свойствах сельскохозяйственных растений, с одной стороны, и столь же большое многообразие условий окружающей среды, с другой стороны, определяют необходимость агроэкологической оценки сельскохозяйственных культур по их основным адаптивным свойствам и признакам. Это позволяет найти наиболее оптимальное решение в определении научно обоснованной перспективной структуры посевных площадей, адаптированной к конкретным почвенно-климатическим и другим условиям хозяйства.

Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур тесно связана с результатами целенаправленной селекции их основных видов, которая дала огромное разнообразие сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, и количество их постоянно возрастает. В настоящее время Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации, насчитывает более 8 тыс. сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. И каждый из них отличается от других уровнем урожайности и качеством продукции, продолжительностью жизни, скороспелостью, отношением к длине светового дня, потреблением воды, тепла, питательных веществ и других факторов жизни не только суммарно за весь период их жизни, но и в разные периоды их роста и развития.

Сельскохозяйственные культуры обладают различной устойчивостью к засухе или переувлажнению, заморозкам, болезням, вредителям и сорнякам, уровню залегания грунтовых вод, кислотности или засоленности почвы и другим условиям окружающей среды.

С помощью зональной селекции растений региональное земледелие обеспечивается необходимым ассортиментом районированных сортов и гибридов, отвечающих требованиям оптимизации структуры посевных площадей. Это позволяет достаточно точно определять агроэкологические ареалы возделывания сельскохозяйственных культур, выбирать такие сорта и гибриды, которым наиболее соответствуют условия произрастания в данном хозяйстве.

Всем сортам и гибридам сельскохозяйственных культур после сортоиспытания и регистрации дают подробную характеристику по их биологическим особенностям и отношению к условиям произрастания. На этой основе местные научно-исследовательские учреждения разрабатывают сортовую агротехнику конкретного районированного сорта или гибрида той или иной сельскохозяйственной культуры в данных почвенно-климатических условиях. Это и лежит в основе принципа адаптивности при оптимизации структуры посевных площадей.

В зависимости от местных почвенно-климатических условий, особенностей технологии возделывания культур агроэкологическая оценка различных сортов и гибридов тех или иных сельскохозяйственных культур может различаться и по качеству урожая – содержанию белка, клейковины, крахмала, сахара, жира и т.д. Однако при агроэкологической оценке сельскохозяйственных культур в конкретных почвенно-климатических условиях необходимо использовать региональные справочные материалы, что позволит свести к минимуму ошибки в оптимизации структуры посевных площадей в конкретном хозяйстве. При этом необходимо добиться наибольшего соответствия агробиологических свойств растений агроэкологическим условиям конкретного хозяйства.

Отношение растений к температурному и световому режимам. Ареалы происхождения культурных растений определяют генетически заложенную в них потребность в тепле и отношение к свету. Потребность каждого растения в тепле выражается как в сумме среднесуточных температур, так и в его отношении к температурному режиму во время прорастания и появления всходов и на протяжении всего периода жизни вплоть до физиологической спелости семян.

Выходцы из жарких стран – кукуруза, просо, соя, фасоль, сорго, рис и другие растения – прорастают и дают всходы при температуре не ниже 10–15°С, тогда как культуры умеренного пояса – рожь, пшеница, ячмень, овес, клевер, горох, вика и др. – начинают прорастать и давать всходы уже при температуре от 1 до 3°С. Однако для теплолюбивых культур, которые обладают, как правило, низкой холодостойкостью и чувствительны к низким температурам, срок посева весной должен быть приурочен к достижению почвой оптимальной температуры. Это позволит получить дружные всходы в период, когда вероятность возврата весенних заморозков минимальна или исключена.

Таким образом, помимо общей потребности в тепле большое значение имеет оценка сельскохозяйственных культур по уровню минимальных температур, необходимых для прорастания их семян и появления всходов. И здесь установлен ряд параметров и закономерностей, определяющих поведение тех или иных видов, разновидностей, сортов и гибридов сельскохозяйственных культур в конкретных условиях и позволяющих правильно оптимизировать структуру посевных площадей. В соответствии с законами научного земледелия для всех культур имеются свои минимумы, оптимумы и максимумы. Температурный оптимум обеспечивает быстрое прорастание семян и появление дружных всходов растений, тогда как при минимальных и максимальных температурах у большинства растений идет медленное прорастание семян при значительном изреживании всходов из-за гибели проростков.

Но и на последующих этапах жизни растений их отношение к температурному режиму имеет большое значение, что часто связано с возможностью не только нормального роста и развития, но и их существования. Это определяется прежде всего морозостойкостью растений, пороги которой существенно различаются как у различных видов сельскохозяйственных растений, так и на разных этапах развития одного и того же вида. Эти различия позволили основные виды сельскохозяйственных культур разделить по устойчивости к заморозкам на наиболее устойчивые, устойчивые, малоустойчивые и неустойчивые. Степень устойчивости к отрицательным температурам у различных растений определяется температурой замерзания клеточного сока, которая тесно связана с его концентрацией, и у большинства устойчивых растений повышается в период всходов. Это генетически обусловленное свойство растений выдерживать отрицательные температуры играет большую роль в их самосохранении прежде всего в период кратковременных весенних заморозков, которые для большинства районов нашей страны – обычное явление. Оно играет спасительную роль и во время ранних осенних заморозков, когда еще вегетируют поздние яровые культуры, дают всходы и кустятся озимые, растут пожнивные и другие промежуточные культуры.

Среди культурных растений имеются «рекордсмены» по устойчивости к многократным заморозкам в осенний период. Это, прежде всего, растения из семейства капустных. Например, капуста белокочанная в Нечерноземной зоне в сентябре–октябре может многократно выдерживать заморозки до –5… – 6°С и с возвращением теплых дней продолжать вегетацию, интенсивно наращивая большую массу урожая.

В связи с этим важно такое свойство, как жаростойкость – способность растений переносить жару без необратимого их повреждения.

Устойчивость растений против перегрева обусловлена целой системой физиологических и морфологических приспособлений. Среди них большую роль играют особые свойства протоплазмы обезвреживать накапливающийся в тканях аммиак, усиление транспирации, повышение отражательной способности листьев, их складывание, опускание, скручивание, расположение в плоскости падающего луча света и т.д. Жаростойкость растений можно повысить правильным расположением рядков, внесением цинка. Это свойство растений имеет большое агроэкологическое значение в районах с высокими температурами в летний период, с почвенной и атмосферной засухой, с суховеями, вызывающими захваты, запалы и даже гибель зерновых и других сельскохозяйственных культур.

Свет имеет прямое физиологическое воздействие на растение, и от интенсивности и продолжительности светового потока зависят продуктивность фотосинтеза, рост и развитие растений. В то же время в процессе эволюции растения приобрели различные свойства, связанные с реакцией на свет. Это реакции, сопряженные с приспособлением растений к сезонным изменениям режима освещения – цветение, формирование репродуктивных органов и др.

Установлено, что растения длинного дня хорошо растут, цветут и плодоносят при продолжительности светового дня не менее 12 ч. Эти растения происходят из средних широт с длинным летним днем. Растения короткого дня происходят из тропического и субтропического поясов с коротким световым днем, где продолжительность дня близка к продолжительности ночи.

Отношение растений к водному режиму. Вода имеет огромное физиологическое и экологическое значение в жизни растений: она является важнейшим исходным, промежуточным и конечным продуктом многих превращений и средой, в которой протекают обмены веществ. По отношению к водному режиму все сельскохозяйственные культуры являются мезофитами – растениями, хорошо приспособленными к водному режиму умеренных климатических зон.

Однако большая часть площади пахотных земель нашей страны находится в районах недостаточного увлажнения или крайне засушливого климата. Даже в Нечерноземной зоне, считающейся зоной достаточного увлажнения, растения часто страдают от недостатка влаги в отдельные периоды (майско-июньские засухи). Поэтому засухоустойчивость растений имеет большое значение при агроэкологической оценке сельскохозяйственных культур.

Засухоустойчивость – это способность растений переносить атмосферную и почвенную засуху благодаря наличию физиологических и морфологических механизмов, позволяющих добывать и экономно расходовать воду. Засухоустойчивость – наследственное свойство, сформировавшееся у растений на генетическом уровне в результате длительного эволюционного процесса в определенных условиях.

Наибольшей засухоустойчивостью обладают культуры – выходцы из жарких стран. Большой засухоустойчивостью отличаются, как правило, культуры со сравнительно низким транспирационным коэффициентом, который свидетельствует о более продуктивном и экономном использовании влаги этими растениями.

Однако сложные процессы водопотребления и оптимизация водного режима в системе «почва – растение – атмосфера» зависят от многих факторов. И эта зависимость выражается в водном балансе, который может неоднозначно влиять на жизнь живого растения. Для оптимизации водного режима особое значение имеют водно-физические свойства почвы – ее влагоемкость и водоудерживающая способность, водопроницаемость и водоподъемная способность, максимальная гигроскопичность и др. Чаще всего для агроэкологической характеристики растений по их отношению к водному режиму приводят оптимальные для них показатели влажности корнеобитаемого слоя почвы, выраженные в процентах от наименьшей влагоёмкости (НВ).