Методы регулирования светового режима

Для регулирования освещённости растений в сельскохозяйственном производстве применяют разные агротехнические приёмы. Главные из них – следующие:

1. Правильный расчёт норм посева семян, влияющий на густоту стояния растений и обеспечивающий их наилучшее освещение растений в течение вегетации. Различные способы посева позволяют более равномерно разместить растения по площади и улучшить их освещённость.

2. Направление рядков посева по отношению к странам света. Прибавка урожая зерновых только от направления рядков с севера на юг, по сравнению с направлением с запада на восток составляет 2 – 3 ц с 1 га в результате лучшего освещения растений в утренние и вечерние часы и затенения их друг другом в жаркие полуденные часы.

3. Необходимо учитывать биологические особенности культур и высевать светолюбивые культуры на южных склонах. Более ранний срок посева, как правило, способствует усилению фотосинтетической деятельности растений и повышению урожая культуры. Запаздывание с посевом относительно оптимального срока приводит к меньшему накоплению органического вещества и недобору урожая.

4. Уничтожение в посевах сорной растительности, которая резко снижает продуктивность фотосинтеза культурных растений.

5. Смешанные посевы светолюбивых и теневыносливых растений ведут к более полному использованию солнечной радиации на единицу поверхности почвы.

6. Пожнивные и покосные посевы дают возможность накапливать энергию солнечного света в течение почти всего теплого времени года.

Тепло. Один из главных источников тепла для почвы – Солнце. Физиологические процессы у растений протекают при определённом количестве тепла. При низкой температуре растения останавливаются в росте, прекращаются микробиологические процессы в почве.

Потребность в тепле различна не только у растений, относящихся к разным семействам, но и у одной и той же культуры в те или иные фазы развития.

Отношение различных культур к теплу начинает проявляться при прорастании семян и сохраняется во время роста и развития. Различают:

- минимальные (min) температуры, ниже которых физиологические процессы не идут;

- оптимальны (opt) температуры, при которых рост и развитие растений протекает хорошо;

- максимальные (max) – выше которых, растения резко снижают продуктивность и даже погибают.

Для каждой фазы роста и развития – свои min, opt, и max температуры. Для завершения своего цикла развития растение должно получить определенную сумму активных температур за вегетационный период (табл. 1).

Таблица 1 – Некоторые показатели температурного режима в различные фазы роста культурных растений (t ºС)

Культура	Биологический минимум температуры	Заморозки, повреждающие всходы	Оптимальная температура роста
Прорастание семян	Появление всходов	Формирование генеративных органов и цветения
Горчица, рапс	0-1	2-3	8-10	-6-8	15-22
Рожь, пшеница, ячмень, овес, горох	1-2	4-5	8-10	-7-9	15-22
Лен – долгунец	3-4	5-6	10-12	-5-7	16-18
Подсолнечник	3-4	5-6	10-15	-5-6	20-24
Картофель	7-8	8-10	11-14	-2-3	20-22 (ботва) 16-18 (клубни)
Горох	1-3	4-5	10-15	-7-8	16-20
Кукуруза	8-10	10-12	12-15	-2-3	20-24
Сахарная свекла	3-4	6-7	12-15	-4-6	18-22

Установлено, что для нормального роста и развития большинства с.-х. растений сумма среднесуточных активных температур (более +5 °С) должна составлять не менее 1600 °С в год.

Для растений важнейшим фактором роста, развития и формирования урожая является температура почвы. Приток солнечной энергии к почве зависит от широты данной местности, времени суток, облачности, тумана, содержания пыли в воздухе и т.д. Температура почвы зависит от количества тепла, поступающего на её поверхность, а так же от тепловых свойств самой почвы – её теплоёмкости, теплопроводности, теплоотдачи.

Солнечные лучи не одинаково прогревают поверхность почвы. Это зависит от растительного покрова, цвета почвы и её выравненности.

Зимой большое влияние на температуру почвы и её промерзание оказывает снежный покров. Так, при толще снега 24 см, температура на его поверхности составляет t⁰ = -26,8 °С, а под снегом на поверхности почвы значительно выше - t⁰ = –13,8 °С.

Содержание влаги в почве также влияет на её тепловой режим. Благодаря высокой теплоёмкости воды, влажные почвы медленнее прогреваются, но и медленнее остывают.

Вода, находящаяся в почве, представляет собой раствор с большим количеством различных веществ, вследствие чего температура его замерзания оказывается гораздо ниже (до –10 °С) чем температура замерзания воды.

Наибольшие изменения температуры происходят в верхних слоях почвы, как в течение суток, так и в течение года. Суточные колебания температуры не распространяются обычно глубже 100 см, но при смене сезонов колебания возможны на глубине до 5 м.

Наибольшее значение температурные колебания имеют для зимующих культур, т.к. быстрое и глубокое промерзание почвы резко снижает их устойчивость к низкой температуре.

Помимо Солнца - основного источника тепла – в природе существует другой важный источник – выделение тепла микроорганизмами в процессе разрушения органического вещества и их жизнедеятельности. Различные группы микроорганизмов используют 13 – 50 % поглощенной ими энергии на поддержание жизни, а остальную энергию выделяют в виде тепла в окружающее пространство. При разложении органического вещества (например, навоза) микроорганизмы могут повышать его температуру до +40 – 60 °С.

Методы регулирования теплового режима для каждой зоны нашей страны могут быть не только различными, но даже и противоположными. В северных районах почти все приемы агротехники направлены на повышение температуры почвы и быстрейшее ее прогревание, а на юге – на её снижение.

Основные агротехнические приёмы регулирования теплового режима почвы следующие:

1. Увеличение влажности почвы путем полива или орошения ведёт к значительному снижению температуры в результате затраты тепла на нагревание и испарение воды.

2. Ранневесеннее боронование и рыхление почвы усиливают её прогревание. Применение посадок и посевов на гребнях и грядах способствует уменьшению влажности почвы, и лучшему её прогреванию в северных районах.

3. Снегозадержание (особенно на посевах озимых культур)

4. Посадка полезащитных лесных полос, снижающих скорость ветра, испарение с поверхности почвы и накапливающих снег зимой.

5. В южных районах строительство прудов, водоёмов и лиманов, увеличивает влажность почвы и воздуха, что значительно снижает испарение влаги и нагревание почвы.

6. В северных районах применение навоза, компостов, особенно в парниках, рассадниках и теплицах, позволяет использовать тепло, выделяемое микроорганизмами при разложении органического вещества, и получать раннюю рассаду овощных культур.

7. Мульчирование почвы соломой, торфом, золой, перегноем увеличивает или снижает нагревание почвы.

8. Укрытие пленкой.

6. Прикатывание почвы обеспечивает меньшее содержание пустот, заполненных воздухом, отсюда – лучшее прогревание почвы и увеличение температуры на 3 – 4°.

Воздух. Как всякий живой организм, растение дышит, потребляя кислород и выделяя углекислый газ. Во время дыхания в растении протекают окислительные реакции, в результате которых освобождается накопленная энергия для таких важных процессов, как рост, развитие, размножение и др.

С первого момента жизнедеятельности растение нуждается в кислороде воздуха. Состав воздуха атмосферы постоянен, а состав воздуха почвы постоянно меняется. Состав атмосферного и почвенного воздуха представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Состав почвенного и атмосферного воздуха (по Ремизову)

Воздух	Азот	Кислород	Углекислый газ
Атмосферный	78,23	20,81	0,03
Почвенный	70-80	5-20	0,1-1,5

Атмосферный и почвенный воздух снабжает растения кислородом для дыхания и углекислым газом, необходимым для фотосинтеза. Микроорганизмы используют свободный кислород почвенного воздуха и выделяют огромное количество углекислого газа. Замечено, что чем плодороднее почва, тем больше выделяется из неё углекислого газа. Один гектар высокоплодородной почвы выделяет за час 10 и более кг углекислого газа.

Происходящий постоянно газообмен между атмосферой и почвой называется дыханием почвы. Опыты и расчёты показывают, что 90% углекислого газа, выделяемом при почвенном дыхании, растения используют для процесса фотосинтеза.

Кислород воздуха также необходим растениям. Без доступа кислорода не прорастают семена, при недостатке кислорода в приземном слое воздуха возможна гибель посевов. Такие случаи наблюдаются в посевах озимых культур, когда выпадает большое количество снега на незамерзшую почву, а растения продолжают вегетировать. Под снегом они быстро расходуют кислород из воздуха, новые порции кислорода не поступают, и растения задыхаются, в результате чего наблюдается – выпревание озимых хлебов. То же самое наблюдается при образовании гладкой ледяной корки на посевах озимых. Кислород воздуха нужен также и для корневой системы.

Различные растения не одинаково относятся к недостатку кислорода в почвенном воздухе. Наиболее требовательными культурами в этом отношении являются корнеклубнеплоды, бобовые и масличные; менее требовательными – зерновые, особенно рис, имеющий воздухоносную ткань.

В кислороде воздуха нуждаются и микроорганизмы, которые разлагают растительные остатки в почве.

Кроме кислорода некоторым микроорганизмам необходим азот воздуха, который они синтезируют и превращают в органический азот.

Методы регулирование воздушного режима в почве следующие:

1. Рыхление почвы – увеличивает объём капиллярных пор в почве;

2. Внесение органических и минеральных удобрений увеличивает развитие и активность почвенной микрофлоры, и тем самым способствует активации окислительных процессов в почве;

3. Известкование кислых и гипсование засоленных земель улучшает физико-химические свойства почвы, и, как следствие, оптимизирует воздушный режим почвы;

4. Устройство дренажа на заболоченных землях способствует отводу воды из почвенных капилляров и улучшает воздушный режим почв;

5. Создание продуваемых полезащитных лесных полос способствует интенсивному газообмену между почвенным и атмосферным воздухом.

Вода. Жизнедеятельность растений тесно связана с водой, она составляет 70-90 % тканей растения. Недостаток воды ведёт к увяданию, замедляются процессы фотосинтеза, прекращается рост, развитие растения и формирование урожая. Длительная засуха вызывает гибель растения.

Чтобы создать 1 г сухого вещества, разным видам растений необходимо от 125 до 1000 г воды.

Однако, поступающая в растения влага используется для создания биомассы не полностью. Установлено, что лишь 0,2 % воды непосредственно используется на создание органического вещества в процессе фотосинтеза, часть используется для передвижения из почвы в растение питательных элементов, а 95 % влаги расходуется на испарение листьями, благодаря чему растение охлаждается и защищает себя от перегрева.

Испарение воды листьями называется транспирацией. Интенсивность этого процесса зависит от освещенности, влажности воздуха, вида и возраста растений.

Показатель расхода воды растением – транспирационный коэффициент – количество воды, затрачиваемое растением в процессе образования единицы сухого вещества.

Самый низкий транспирационный коэффициент у просовидных (сорго, просо) - около 250, несколько выше у хлебов первой группы (пшеница, рожь) – 500 - 600 и самый высокий у многолетних трав – 700 – 800.

Таким образом, среди всего многообразия сельскохозяйственных растений встречаются виды:

- относительно устойчивые к засухе – сорго, просо, бахчевые, подсолнечник;

- предъявляющие повышенные требования в обеспеченности влагой – рис, большинство овощных (требовательны и к влажности воздуха), хлопчатник.

Растения на отдельных этапах роста и развития предъявляют повышенные требования к воде. При недостатке влаги в критические периоды растения ослабляют развитие и не дают хорошего урожая. В последующие фазы растительному организму требуется меньше воды, и он не так сильно реагирует на изменение водного режима почвы.

Для большинства колосовых культур критический период по отношению к влаге – время от выхода в трубку до колошения. У кукурузы наибольшая потребность во влаге наблюдается в период цветения – молочная спелость, у подсолнечника – образования корзинки, у хлопчатника – цветение – формирование коробочек.

В воде нуждаются и почвенные микроорганизмы. Бактерии, фиксирующие атмосферный азот (Azotobakter, клубеньковые бактерии), начинают размножаться только при 25 % - ной влажности почвы. При недостатке воды у бактерий снижается усвоение питательных веществ, а при чрезмерном увеличении влажности они испытывают кислородное голодание. Оптимальная влажность почвы для растений и бактерий одинакова и составляет 60 % полной влагоёмкости (ПВ) почвы, или 70-80 % наименьшей влагоёмкости (НВ) почвы.

Приёмы регулирования водного режима. Для максимального снабжения растений водой в необходимых количествах, накопления, сохранения и рационального использования влаги в засушливых районах, а также для устранения избыточного увлажнения в северо-западной зоне страны в земледелии разработаны различные комплексы агротехнических приемов.

В засушливых районах широко используют:

- правильную и своевременную обработку почвы;

- снегозадержание;

- орошение и обводнение земель;

- на склонах наряду с особыми приемами вспашки устраивают микролиманы для задержания талых вод и предотвращения эрозии почвы;

- посадку полезащитных лесных полос;

- посев высокостебельных кулисных растений (кукуруза, подсолнечник, горчица, сорго);

- сохранение стерни на поверхности почвы.

Питательные элементы. Растение питается через корни и через листья, поэтому различают два вида питания – корневое и воздушное. Эти два вида питания тесно связаны.

Воздушное питание (фотосинтез) - это ассимиляция зелёными листьями из атмосферы углекислого газа.

Корневое питание – это усвоение корнями растений из почвы воды и различных минеральных соединений. Минеральные соединения входят в состав простых солей, растворённых в почвенном растворе. Растения поглощают минеральные питательные вещества из водных растворов в ионной форме.

Поглощаемые растениями в больших количествах соединения азота, фосфора, калия называются макроэлементами. Кроме того растения поглощают необходимые им в очень малых количествах кальций, серу, магний, железо, марганец, бор, молибден, медь, цинк и т. д. – это так называемые микроэлементы.

Требовательность разных видов сельскохозяйственных культур к этим элементам различна. Из овощных культур, например картофелю, свекле, моркови нужен в большом количестве калий; салату, шпинату, укропу – азот; томату – фосфор.

Потребность растений в питательных элементах изменяется в течение вегетации. В начальные периоды роста и развития растениям больше необходим азот, а перед цветением и плодоношением – фосфор и калий.