Вимоги рослин до умов навколишнього середовища
Рослини тісно пов’язані з навколишнім середовищем. Для їх росту і розвитку необхідні світло, тепло, волога, повітря та елементи мінерального живлення.
Рослини по-різному реагують на умови вирощування: для одних кращі умови складаються на нейтральних або слабокислих ґрунтах, для інших - навпаки. Неоднаково рослини реагують на зволоження ґрунту, його поживний режим, фізичні властивості, температуру, умови освітлення. Більше того, рослини майже з однаковими біологічними особливостями можуть вимагати різних умов середовища. Так, сорти однієї і тієї ж культури неоднаково реагують на тепло, умови освітлення, вологість повітря і ґрунту тощо. Тому при вирощуванні сільськогосподарських культур слід враховувати не тільки агрокліматичні умови, характерні для зони, регіону, місцевості, але й екологічну ситуацію на окремих агроландшафтах, сівозмінах, полях з метою реалізації біологічного потенціалу продуктивності тих культур і сортів, які краще пристосовані до конкретних умов.
Вода для рослин - це середовище процесів життєдіяльності. Вона входить до складу біоколоїдів, підтримує тургор рослин, забезпечує фотосинтез, дихання та інші фізіологічні процеси.
Вода є регулятором температури рослин. Випаровуючись через листки, вона запобігає перегріванню рослин. Випаровування води рослинами називається транспірацією. Завдяки транспірації в клітинах виникає велика сила, яка забезпечує переміщення водних розчинів від коренів до листків. Переважання процесу випаровування води над надходженням її з ґрунту призводить до втрати тургору рослин, внаслідок чого знижується продуктивність фотосинтезу, посилюються процеси гідролізу органічних речовин, порушується узгодженість дії ферментів.
Про потребу у воді протягом вегетаційного періоду судять за величиною транспіраційного коефіцієнта - кількості води, необхідної для утворення одиниці сухої речовини. Кількість грамів сухої речовини, що утворюється при випаровуванні 100 г води, називається продуктивністю транспірації.
Величина транспіраційного коефіцієнта залежить від освітлення рослин, температури навколишнього середовища, вологості повітря і ґрунту, забезпечення поживними речовинами, швидкості вітру тощо. За цим показником можна оцінювати вимогливість культур до вологи. Найбільш економно витрачають вологу просовидні культури, а найменш економно - багаторічні трави, проміжне місце займають зернові культури.
Потреба рослин у воді в різні періоди росту неоднакова. Існують так звані критичні періоди, коли рослини витрачають найбільшу її кількість. Це періоди інтенсивного росту рослин та утворення і розвитку репродуктивних органів. Найбільша потреба у воді у різних рослин припадає на різні періоди. Зернові, зернобобові, льон формують вегетативну масу і генеративні органи за рахунок опадів першої половини літа, тоді як коренеплоди, бульбоплоди, кукурудза більше використовують вологу в другій половині літа.
Оптимальна вологість ґрунту для росту і розвитку рослин - 65-85% найменшої вологоємкості. Найменша вологоємкість ґрунту (НВ) - це кількість вологи, яка утримується в ґрунті після повного стікання гравітаційної води. При вищій вологості зменшується доступ кисню до коренів і затримуються процеси вбирання рослинами елементів живлення з ґрунту. За умов надмірного зволоження рослини, внаслідок порушення процесів дихання, поступово ослаблюються, продуктивність їх різко знижується, або наступає їх повна загибель від вимокання.
Основним джерелом води для рослин є атмосферні опади і ґрунтові води. Не всі опади використовуються рослинами. Частина з них втрачається з поверхневим і внутрішньогрунтовими стоками, частина випаровується. Це непродуктивні витрати. Вони залежать від особливостей ґрунту. Так, на дерново-підзолистих ґрунтах вони досягають 50-58%, а на торфоболотних - 20-22%. Коефіцієнт використання річної кількості опадів залежить від механічного складу ґрунту, зони, рельєфу, кількості й інтенсивності опадів тощо. На рівних полях в зоні Лісостепу на середніх за механічним складом ґрунтах він в середньому становить 0,70.
Вода, яка проникає в ґрунт не вся доступна для рослин. Хімічно зв’язана, гігроскопічна та плівчаста вода не доступна для рослин.
Складовою водного балансу є вода з ґрунтових вод, яка надходить в ґрунт силами капілярного підняття. Проте ґрунтові води, які залягають глибше ніж на 3 м від поверхні ґрунту, мають незначне підняття.
За відношенням до вологи розрізняють такі групи рослин: ксерофіти (пристосовані до посушливих умов), гідрофіти і гігрофіти (рослини водоймищ і боліт), мезофіти (середньовимогливі до вологи). Більшість польових культур належать до мезофітів.
До заходів регулювання водного режиму сільськогосподарських культур відносяться: зрошення в умовах недостатнього зволоження і осушення перезволожених ґрунтів, раціональне чергування культур у сівозміні, боротьба з бур’янами, застосування органічних і мінеральних добрив, вирощування посухостійких сортів, застосування диференційованого обробітку ґрунту тощо.
Тепло. Різні культури для своєї життєдіяльності у період від проростання насіння до достигання потребують неоднакової кількості тепла. Для кожної фази росту і розвитку рослин існують мінімальні, оптимальні і максимальні температури. За вимогливістю до тепла польові культури умовно поділяють на
холодостійкі і теплолюбні. Мінімальна температура проростання насіння холодостійких культур (жито, пшениця, ячмінь, овес, горох та ін) становить 1-20С, середньохолодостійких (буряки, соняшник, боби, люпин, льон та ін - 3-60С, теплолюбних (кукурудза, просо, сорго, квасоля, рис, соя, бавовник та ін)
- 8-140С. У польових умовах сходи рослин можна одержати при температурі ґрунту на 2-30С вищій за мінімальну температуру проростання насіння.
Після з'явлення сходів потреба рослин у теплі різко зростає. Оптимальна температура росту і розвитку більшості сільськогосподарських культур знаходиться в межах 20-250С. Для кожної культури існують нижня і верхня межі температур, нижче і вище яких вони гинуть. Для озимої пшениці, наприклад, такою нижньою межею є температура мінус 15-200С, озимого жита
- мінус 20-280С. Причиною загибелі рослин в таких умовах є незворотні процеси денатурації і коагуляції білків протоплазми в результаті її зневоднення при замерзанні. При температурі 40-500С у рослин знижується інтенсивність фотосинтезу, посилюється дихання і транспірація, а при 60-700С у більшості рослин припиняються процеси життєдіяльності.
Для повного розвитку рослин існує сума фізіологічно активних температур. Мінімальними фізіологічно активними температурами для холодостійких культур є температура вище 50С, для теплолюбних - вище 100С. Для ячменю, наприклад, сума фізіологічно активних температур становить 1700-2100°С, цукрових буряків - 2400-3700°С, для рису - до 40000С. При меншій сумі температур рослини не дозрівають.
Ріст і розвиток рослин залежить від температури ґрунту. Зниження температури ґрунту нижче 100С негативно впливає на надходження елементів мінерального живлення в корені. Температура ґрунту впливає і на життєдіяльність мікрофлори. Оптимальна температура для життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів 15-200С. При оптимальній температурі ґрунту і за умов достатнього зволоження поліпшується діяльність мікрофлори, а звідси - підвищення темпів мінералізації органічної речовини і покращення режиму живлення рослин.
Оптимальні температури для росту кореневої системи, як правило, нижчі, ніж для росту надземних органів. При високих температурах розвивається слабка коренева система, вона неглибоко проникає в ґрунт, внаслідок чого значно погіршується поглинання води і поживних речовин.
Для теплолюбних культур найбільш шкідливі весняні і осінні заморозки. Навесні гинуть сходи, восени у рослин погіршується плодоутворення, в результаті чого формується морозобійне зерно з низькими посівними і товарними якостями.
Тепловий режим у польових умовах регулюють снігозатриманням, полезахисним лісонасадженням, мульчуванням ґрунту, способами і строками сівби, осушенням і зрошенням, внесенням органічних добрив, димовими завісами та ін.
Повітря. З повітря рослини використовують вуглекислий газ для фотосинтезу і кисень для дихання. Кисень необхідний рослинам протягом вегетаційного періоду. Нестачу кисню рослини відчувають під товстим шаром снігу, при вмерзанні рослин у льодову кірку, при затопленні посівів водою. Внаслідок порушення процесів дихання рослини пошкоджуються або гинуть від випрівання, вимокання тощо.
Вміст кисню в ґрунтовому повітрі може змінюватись від 20 до 5%. Недостатній доступ кисню в ґрунт при утворенні ґрунтової кірки, перезволоженні ґрунту, надмірному ущільненні безструктурних ґрунтів уповільнює проростання насіння, ріст коріння, бульб, коренеплодів, діяльність бульбочкових бактерій, поглинання коренями елементів живлення, що негативно впливає на інтенсивність фотосинтезу, врожайність та якість продукції. Ріст коренів припиняється, або вони гинуть, якщо вміст кисню в ґрунтовому повітрі знижується до 5%. Більш чутливі до нестачі кисню в ґрунті бульбо - і коренеплоди, бобові і олійні культури.
Вуглекислий газ - джерело вуглецю для синтезу органічних речовин в рослинах в процесі фотосинтезу. Вміст вуглекислого газу в повітрі становить близько 0,03%, а фотосинтез починається при його концентрації 0,008-0,001%. Цей показник називається вуглекислим порогом фотосинтезу. Проте при оптимальних умовах світлового, температурного і водного режимів рослини можуть використовувати і більшу кількість вуглекислого газу, що значно підвищує інтенсивність фотосинтезу, а відповідно і урожай сільськогосподарських культур. Для утворення 6 т зерна (з соломою і коренями) озима пшениця використовує 20 т СО2, а для утворення 40 т/га бульб картоплі - не менше 30 т. Зернові культури у період інтенсивного росту на 1 га посіву засвоюють за добу 500-1200 кг СО2, в той час як у шарі повітря 10 м його міститься всього 5-10 кг/га. Основним джерелом поповнення СО2 в повітрі є ґрунт. В ґрунті СО2 утворюється внаслідок життєдіяльності кореневих систем і мікроорганізмів, мінералізації кореневих решток і органічних добрив. Підвищення концентрації СО2 в повітрі до 0,1% суттєво збільшує інтенсивність фотосинтезу.
Повітря є для рослин і джерелом азоту. Рослини використовують тільки той азот, який надходить в ґрунт з опадами. Безпосередньо з повітря рослини азот не поглинають. Його можуть засвоювати лише деякі ґрунтові мікроорганізми. Вони зв’язують його в органічні речовини, після мінералізації яких азот стає доступним для рослин. Зернобобові культури внаслідок сімбіозу з бульбочковими бактеріями також споживають азот з повітря.
Мінеральне живлення рослин. Ріст, розвиток і урожай сільськогосподарських культур насамперед залежить від живлення. Умовно розрізняють живлення рослин, яке відбувається в результаті фотосинтезу і кореневе. Проте ці процеси знаходяться в тісному взаємозв’язку, тому що між кореневою системою і надземною частиною рослин протікає постійний обмін речовин.
Крім вуглецю, кисню і водню до складу рослин входить близько 70 хімічних елементів.
Поглинання елементів живлення рослинами залежить від вологості ґрунту, температури, освітлення, реакції ґрунтового розчину тощо. Кількість води, необхідної для створення одиниці сухої речовини, значно зменшується при достатньому забезпеченні рослин поживними речовинами. Від температури ґрунту суттєво залежить розвиток кореневої системи і її поглинаюча здатність. Зниження температури ґрунту за межі оптимальної негативно позначається на поглинаючій здатності кореневої системи. Найсильніше це позначається на поглинанні азоту, менше - фосфору, кальцію, калію.
На надходження в рослини поживних речовин впливає також реакція ґрунтового розчину. Від неї залежить активність засвоєння поживних речовин рослинами, інтенсивність мікробіологічних процесів, мінералізація органічних речовин, ефективність внесених добрив. Рослини по-різному реагують на реакцію ґрунту. Більшість культурних рослин і мікроорганізмів краще розвиваються при слабокислій і нейтральній реакції (пшениця, ячмінь, кукурудза, соя, горох, соняшник та ін.). При нейтральній і слаболужній реакції (рН 7-8) добре ростуть люцерна, цукрові буряки, коноплі та ін. Малочутливі до підвищеної кислотності жито, просо, гречка. Ці культури ростуть у широкому інтервалі рН від слаболужної (7,5) до кислої (4,7) реакції. Оптимальне рН для них 5,5-6.
Дуже чутливі до підкислення ґрунту бульбочкові бактерії на коренях зернобобових культур. Проте при цьому спостерігаються деякі відмінності. Наприклад, соя і її раса бульбочкових бактерій більш чутливі до кислотності, ніж горох і його раса бактерій. Найбільш стійким до кислої реакції є люпин і його раса бактерій.
Поглинання поживних речовин залежить від віку, біологічних особливостей і умов вирощування рослин. Так, наприклад, кукурудза за перший місяць вегетації засвоює незначну кількість азоту, а в період інтенсивного росту (за 10 днів до викидання волоті) - в 30-35 разів більше. Цукрові буряки споживають поживні речовини за вегетаційний період більш рівномірно. Ярі зернові культури найбільшу кількість поживних речовин засвоюють в період від виходу в трубку до колосіння.
Правильний обробіток ґрунту в сівозміні, боротьба з бур'янами поліпшують поживний режим ґрунту. Найбільш ефективним заходом регулювання поживного режиму є біологічно обґрунтоване внесення органічних і мінеральних добрив.
Світло. Залежно від реакції на інтенсивність освітлення рослини поділяють на світлолюбні і тіньовитривалі. Більшість польових культур є досить чутливими до умов освітлення. Більш світлолюбні - кукурудза, просо, сорго, чина, люцерна та ін. Добре вегетують при менш інтенсивному освітленні жито, овес, ячмінь, конюшина червона, картопля, буряки та ін.
Світло впливає на процеси росту. При недостатньому освітленні збільшується швидкість лінійного росту, спостерігається витягування міжвузль, зменшується механічна міцність стебла. При цьому уповільнюється диференціація клітин і формування листків.
При достатньому освітленні маса коренів збільшується активніше, ніж маса надземної частини рослин. Так, маса коренів квасолі за умов достатнього освітлення збільшується в 20 разів, а надземних органів - у 3,5 рази порівняно з масою цих частин рослин, вирощених при затіненні.
Світло впливає на процеси розвитку рослин. Строки цвітіння і плодоношення багатьох рослин можна змінювати, регулюючи довжину дня, тобто тривалість фотоперіоду. Залежно від реакції на тривалість фотоперіоду рослини поділяють на три групи: рослини короткого світлового дня, які мають найкоротший вегетаційний період в умовах 9-12-годинного дня (соя, чина, кукурудза, гарбуз, люцерна, еспарцет та ін.); рослини довгого світлового дня, які швидше зацвітають і плодоносять при 15-20-годинному дні (горох, люпин, жито, ячмінь, буряки, картопля та ін.); нейтральні рослини, які не реагують на тривалість фотоперіоду (гречка, кавуни).
Оптимізація світлового режиму для культурних рослин у польових умовах здійснюється за допомогою регулювання густоти рослин, розміщення рослин на площі, орієнтування рядків посіву з півночі на південь, знищення бур’янів в посівах та ін.
