Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В РАСТЕНИЕВОДСТВО

 

§1. Растениеводство как наука, объект изучения, связь с другими науками

 

Растениеводство – отрасль сельского хозяйства, занимающаяся возделыванием сельскохозяйственных культур для получения продукции, удовлетворяющей потребности человека в пище, кормах для животных, сырье для перерабатывающей промышленности. Растениеводство включает полеводство, овощеводство, садоводство, виноградарство, производство кормов, лесоводство. Как научная и учебная дисциплина растениеводство изучает только группу культур, входящую в подотрасль полеводство: зерновые семейства Мятликовые, бобовые, клубнеплоды, кормовые корнеплоды, прядильные, масличные, эфирномасличные, многолетние и однолетние травы и некоторые другие культуры, выращиваемые на пашне.

Число возделываемых на Земном шаре видов растений превышает 20 тыс. Наибольшее значение имеют 640 видов, из которых около 90 относится к полевой культуре. Они и входят в сферу изучения растениеводства как науки.

Объектами растениеводства как науки и сельскохозяйственной отрасли являются растения и предъявляемые ими требования к основным факторам среды, а также методы, приемы удовлетворения этих требований для получения высокого урожая хорошего качества. Цель возделывания – получение качественного урожая.

На рост и развитие растений в той или иной степени влияют практически все экологические факторы – физический и химический состав почвы, ее влагообеспеченность и аэрация, скорость ветра, динамика температурного режима и инсоляции, влажность воздуха и др. Поэтому для оптимизации условий выращивания конкретной культуры и сорта в конкретных экологических условиях растениевод должен учитывать состояние всех этих факторов. Влияние факторов внешней среды на уровень и качество урожая проявляется в основном через почву и технологию возделывания.

Для достижения качественного урожая растениеводство интегрирует знания фундаментальных и прикладных наук. Для того чтобы знать биологию растения, необходимо изучить систематику, экологию, физиологию, биохимию и генетику растений, селекцию и семеноводство. Для удовлетворения требований биоэкологии культуры, оптимизации условий ее выращивания необходимо иметь полные сведения о почве, изучить геологию, минералогию, почвоведение, микробиологию, агрохимию, гидрологию, мелиорацию. Кроме того, необходимо владеть знаниями по метеорологии, геодезии, землеустройству, земледелию. Для защиты культурных растений от вредных организмов необходимо знать энтомологию, фитопатологию, химические методы защиты от сорняков, вредителей и болезней. Условия выращивания растений регулируют с помощью технологических приемов. При этом необходимо учитывать экономические стороны производства продукции растениеводства – экономику, организацию, управление. Наконец, урожай должен быть переработан и доведен до потребителя. Все эти науки трудно освоить без знания математики, физики, неорганической, органической, аналитической, физической и коллоидной химии.

Следовательно, чтобы владеть наукой управления ростом и развитием растений, величиной и качеством урожая, необходимо интегрировать знания многих фундаментальных и прикладных наук.

 

§2. 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.

Следовательно, для того чтобы узнать, какие требования культуры к условиям выращивания, необходимо знать экологические условия зоны формирования вида.

Н.И.Вавилов в 1935 г. определил восемь основных центров происхождения и введения в культуру видов: 1 – Китайский (Восточноазиатский); 2 – Индийский (Юго-Западноазиатский), в том числе Индо-Малайский; 3 – Среднеазиатский; 4 – Переднеазиатский; 5 – Средиземноморский; 6 – Абиссинский (Эфиопский); 7 –Центральноамериканский; 8 – Южноамериканский, включающий Чилианский и Бразильско-Парагвайский. По мере накопления фактического материала о культивируемых растениях и их предках границы центров уточнялись. Н.И.Вавилов счел более правильным называть их очагами происхождения культурных растений, выделяя при этом центры генетического разнообразия и центры формообразования. П.М.Жуковский приводит следующую классификацию центров генетического разнообразия культурных растений:

1. Китайско-Японский (Восточноазиатский, по Н.И.Вавилову), включающий умеренные и субтропические районы Китая, Кореи, Японии, – родина сои, пшеницы мягкой, проса, чумизы, пайзы, гречихи и др.

2. Индонезийско-Южнокитайский (Южноазиатский тропический, по Н.И.Вавилову) – родина овса, овсюга, сахарного тростника и многих тропических плодовых и овощных культур.

3. Австралийский – родина диких видов риса, австралийских видов хлопчатника, клевера подземного, табака, эвкалипта, многих древесных тропических растений.

4. Индостанский (Н.И.Вавилов включил его в Южноазиатский тропический) – родина риса, пшеницы круглозернянки, сахарного тростника, азиатских видов хлопчатника, овощных и плодовых растений.

5. Среднеазиатский (по Н.И.Вавилову, Юго-Западноазиатский), куда входят территории Таджикистана и Узбекистана, а также Западного Тянь-Шаня и Афганистана. Он тесно связан с Переднеазиатским очагом. Здесь возникли культуры гороха, кормовых бобов, чечевицы, нута, маша, конопли, ржи афганской, сафлора, дыни, некоторых видов хлопчатника, других многолетних растений.

6. Переднеазиатский (Горная Туркмения, Иран, Закавказье, Малая Азия и государства Аравийского полуострова) – родина ряда видов пшеницы, ячменя, ржи, овса, гороха, люцерны, стелющегося льна и многих овощных и плодовых культур.

7. Средиземноморский (по Н.И.Вавилову) включает Египет, Сирию, Палестину, Грецию, Италию и другие страны, прилежащие к Средиземноморью – родина овса, некоторых видов пшеницы, ячменя, большинства видов бобовых растений, клевера ползучего, клевера лугового, льна, капусты, свеклы, моркови, брюквы, редьки, лука, чеснока, мака, белой горчицы и др.

8. Африканский (вместе с Абиссинским, по Н.И.Вавилову) – родина сорго, проса африканского, клещевины, африканского риса, ряда видов пшеницы, некоторых видов бобовых, масличной пальмы, кунжута, кофе, ореха кола, некоторых видов хлопчатника и др.

9. Европейско-Сибирский – родина льна-долгунца, клевера гибридного и ползучего, люцерны изменчивой и посевной, хмеля, дикой конопли, кендыря, других плодовых и овощных растений.

10. Среднеамериканский, куда входят Мексика, Гватемала, Гондурас и Пана-

ма, – первичный очаг культуры кукурузы, длинноволокнистого хлопчатника, фасоли, тыквы, кабачков, батата, некоторых видов картофеля, махорки, перца и др.

11. Южноамериканский (по Н.И.Вавилову, Андийский) – родина культурного картофеля, томата, табака, многолетних видов ячменя, лопающейся кукурузы и др.

12. Североамериканский – родина некоторых видов ячменя, люпинов, травянистых многолетних видов подсолнечника, многих овощных и плодовых растений.

В мировом земледелии господствующее положение занимают полевые культуры, в группу которых входит около 90 видов растений. Каждый из видов различается морфологическими, ботаническими, хозяйственными признаками. Для удобства изучения полевые культуры принято делить на группы с учетом наиболее характерных признаков (искусственные системы классификаций): по особенностям возделывания (И.А.Стебут), по использованию (Д.Н.Прянишников), характеру использования главного продукта (В.Н.Степанов, П.П.Вавилов), ботаническим и биологическим особенностям вида (табл. 14).

 

Таблица 14.

Производственная и ботанико-биологическая группировка

(классификация) полевых культур

 

 

§3. Факторы, определяющие рост и развитие культурных растений

 

На рост, развитие растений, урожай и его качество влияет комплекс факторов внешней среды. При этом ни один фактор не может быть заменен другим, по своему физиологическому действию все они имеют равное значение для жизни растения (закон равнозначности факторов). Например, недостаточная освещенность не может быть заменена повышенной температурой, избыток калия не компенсирует недостаток фосфора. Кроме того, рост, развитие растений, урожай и его качество ограничиваются фактором, находящимся в минимуме (закон минимума).

Все физиологические процессы в растении будут идти активно и они реализуют свою потенциальную продуктивность, если параметры каждого фактора среды будут оптимальными (закон оптимума). Избыток каждого фактора так же вреден, как и его недостаток. Например, избыток воды приводит к снижению аэрации почвы, и кислород становится ограничивающим фактором; избыток двухвалентного кальция выступает антагонистом катиона калия даже при повышенном содержании этого элемента в почве.

Некоторые из факторов, влияющих на растения, человек может регулировать – сортовые качества, засоренность посевов, поражение болезнями и вредителями, обеспеченность элементами питания, рН почвы, некоторые может регулировать только частично – гумуссированность и влажность почвы, емкость ППК, ветровая и водная эрозия и др., некоторые регулированию не поддаются – сумма активных температур, продолжительность безморозного периода, рельеф, сумма осадков и др. (параметры нерегулируемых факторов определяются географической зоной).

Поэтому главной задачей растениеводства является сведение к минимуму с помощью регулируемых факторов негативного влияния нерегулируемых и частично регулируемых факторов на рост, развитие растений, урожай и его качество. Например, для условий короткой продолжительности вегетационного периода и низкой суммы активных температур подбирают культуры и сорта с соответствующими требованиями биологии; недостаточное содержание элементов питания в почве восполняют применением органических и минеральных макро- и микроудобрений; для снижения засоренности посевов, поражения растений болезнями и повреждения вредителями используют агротехнические, химические и биологические методы борьбы с вредными организмами.