1.2. Умови життя рослин та основні закони землеробства

Вся поверхня земної кулі покрита рослинністю. Лісами зайнято 1/5 частина суші. Крім того є величезні простори саван, степів, луків і земельних угідь, що обробляються людиною. Навіть пустелі, якими зайнято 1/3 частина земної кулі, також заселені бактеріями, лишайниками та іншими рослинними організмами. В морях і океанах рослинність зустрічається до значних глибин.

Роль зелених рослин полягає в наступному:

• вони забезпечують атмосферне повітря киснем;

• у процесі життєдіяльності зелених рослин з неорганічних речовин і води створюється величезна маса органічної речовини для забезпечення життєдіяльності всього живого на планеті;

• в органічній речовині зелених рослин акумулюється сонячна енергія, яка є основою енергетичних ресурсів, що використовуються людиною;

• рослини, в кінцевому підсумку, задовольняють потреби людство у їжі, одязі, житлі, теплі та ін.;

• з їстівних рослин найбільше значення для людини мають хлібні злаки, які вирощуються у всіх країнах світу і є основною сировиною для виробництва продуктів харчування – хліба, круп, макаронних, кондитерських виробів та інших продуктів, які є головним джерелом жирів, білків і вуглеводів для людського організму і кормів для тваринництва, в результаті чого маємо м’ясо, молоко, яйця і т.п.;

• серед інших важливих для людей харчових продуктів слід відмітити зернобобові культури, так як вони багаті на білок і тому мають особливе значення в білковому раціоні людей і тварин;

- насіння багатьох культур багате на жири. Це, зокрема, насіння соняшника, рицини, ріпаку, редьки олійної та інших культур з яких отримують харчову олію, а також технічну, яка іде на виробництво оліфи, фарб, лаків, миючих засобів і т.п.;

• особливе значення серед сільськогосподарських культур мають цукроноси, з яких отримують цукор. Це цукрові буряки і цукрова тростина (в тропіках). З цих культур в світі щорічно виробляються біля 20 млн.т. цукру, з них біля 60% з цукрової тростини і 40% з цукрових буряків;

• серед вирощуваних сільськогосподарських культур важливе місце займають прядивні культури – льон, коноплі, канатник, бавовник, новозеландський льон і деякі інші;

• не меншим попитом користуються овочеві, баштанні і плодові культури, які вирощуються на всіх присадибних ділянках. Нажаль, зараз рідко можна зустріти промислові сади та овочівницькі господарства на сотнях гектарів, як це було 20 років тому;

• слід також відзначити також ефіроолійні та пряні культури. Серед них м’ята перцева, лаванда, троянда та ін. які використовуються в парфумерії і харчовій промисловості, а перець, гвоздика, кориця, коріандр, кардамон, мускатних горіх, тмин, аніс та ін. використовуються в основному як приправа;

• винятково важливе значення в житті людини мають деревні і декоративні рослини. Деревина у великій кількості використовується для виготовлення паперу, меблів, будівництві і на паливо. Слід мати на увазі, що кам’яне вугілля, торф, нафта і газ також мають рослинне походження.

Таким чином, переоцінити значення рослин в житті людини не можливо. Можна з впевненістю стверджувати, що без рослин існування інших істот, людини в тому числі, не можливе.

Для отримання високих урожаїв культурних рослин необхідно знати біологічні особливості їх росту і розвитку, роль і значення окремих факторів, що впливають на їх життєдіяльність – світла, тепла, вологи, поживних речовин. Крім того, той хто вирощує культурні рослини повинен добре володіти основними законами землеробства, мати знання з ґрунтознавства, обробітку ґрунту, сівозмін, боротьби з бур’янами, хворобами та шкідниками польових культур.

В процесі фотосинтезу відбувається використання і накопичення в запас сонячної енергії в формі хімічної енергії високо енергетичних речовин. Тому важливе значення фотосинтезу полягає у поглинанні і накопиченні сонячної енергії, до чого не здатний ні один живий організм крім зелених рослин.

Зелені рослини, виділяючи в процесі фотосинтезу кисень, без якого не можливе життя, сприяють накопиченню його в атмосфері. За приблизними розрахунками, рослини виділяють на земній кулі за рік в атмосферу біля 400 млрд. т вільного кисню, поглинають біля 600 млрд.т вуглекислого газу і синтезують (в перерахунку на глюкозу) біля 450 млрд.т органічних речовин. Така космічна роль зелених рослин, яку вперше визначив академік К.А. Тимірязєв.

Фотосинтез – процес синтезу зеленими рослинами органічних речовин з вуглекислого газу і води за допомогою світлової (електромагнітної енергії сонця). У процесі фотосинтезу відбувається розщеплення (фотоліз) молекул води енергією світла, в процесі чого кисень виділяється у повітря, а водень використовується для відновлення вуглекислоти до первинного продукту фотосинтезу – простого вуглецю (СО₂), який згодом перетворюється в цукор, крохмаль та інші органічні сполуки.

Ф отосинтез це складний фізіологічний процес перетворення речовин, який можна записати у вигляді такого умовного рівняння окислювально-відновної реакції 6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ .

Для фотосинтезу необхідно одночасне надходження рослинам світла, тепла, води, вуглекислого газу і елементів мінерального живлення з ґрунту.

Дихання – це сукупність фізіологічних процесів, за допомогою яких поглинається кисень і виділяється вуглекислий газ та вода. Одночасно при цьому вивільняється енергія, яка забезпечує життєдіяльність організму.

Основою дихання є окислення в організмі вуглеводів, білків, жирів та інших речовин, тому воно вважається енергетичною основою життя. Сумарне рівняння хімічних перетворень при використання для дихання вуглеводів має такий вид: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ 6СО₂ + 6Н₂О +674 ккал (2824 кДж).

Я к бачимо, дихання це оборотний процес фотосинтезу. Там відбувається синтез (створення рослинами органічних з’єднань за допомогою сонячної енергії), а тут – розщеплення цих з’єднань, при якому виділяється ця створена в результаті фотосинтезу енергія.

Для свого росту і розвитку як вже казалося вище, рослини потребують світла, тепла, води, повітря і поживних речовин. Зупинимося коротко на кожному з цих факторів.

Світло є космічним фактором життя рослин. Завдяки зеленим клітинам хлорофілу відбувається синтез простих елементів в складні хімічні з’єднання. Це процес називається фотосинтезом. Світловий режим характеризується інтенсивністю випромінення, спектральним складом світла, співвідношенням тривалості дня і ночі.

Якість освітлення значно впливає на інтенсивність фотосинтезу, склад речовин, що синтезуються. Якщо у процесі фотосинтезу переважає довгохвильове червоне опромінення, то серед продуктів фотосинтезу будуть переважати вуглеводи, а якщо домінують короткохвильові сині або фіолетові промені – то білки. Тому в умовах сухого клімату, де літом багато сонячних днів (південь України) в зерні хлібних культур, особливо пшениці накопичується більше білків і борошно має високі хлібопекарські якості.

Світло в значній мірі впливає на ріст кореневої системи. При достатньому освітленні маса коренів збільшується активніше, ніж маса надземної частини рослин.

Світло значно впливає також на процеси розвитку рослин. Залежно від реакції на тривалість фотоперіоду рослини поділяють на 3 групи: рослини короткого світлового дня (мають найбільш короткий вегетаційний період в умовах 9 – 12 годинного дня); рослини довгого світлового дня – швидше зацвітають і плодоносять при 15 – 20 годинному світловому дні; нейтральні – не реагують на довжину фотоперіоду.

Оптимізацію світлового режиму в польових умовах здійснюють за рахунок регулювання густоти рослин, посіву рядків з півночі та південь, знищення бур’янів.

Тепло. Різні культури мають різні вимоги до тепла. Так, ярої пшениці, ячменю, вівсу за період вегетації необхідна сума середньодобових температур від 1500 до 2000°С, кукурудзі, рису – 3000 - 4500°С, бавовнику – 5000°С і більше.

За вимогами до тепла польові культури умовно можна поділити на холодостійкі (культури ранніх строків посіву), середньо стійкі (культури середніх строків посіву), теплолюбні (пізніх строків посіву). У холодостійких (вика, конюшина, пшениця, вівес, ячмінь, горох) мінімальна температура проростання насіння становить – 1 – 2°С, у культур середніх строків посіву - +3 +6°С (буряки, картопля, льон, соняшник, боби, люпин), а у теплолюбних культур – відповідно +8 +14°С.(кукурудза, просо, сорго, рис, квасоля, соя, рицина, бавовник, арахіс, тютюн).

Вода. Вміст її становить від 75 – 90% від ваги зелених рослин. Із водою з ґрунту в рослини поступають і переміщаються по всіх органах поживні речовини. Вода приймає також участь в створенні поживних речовин в процесі фотосинтезу. Більше 99% води випаровується забезпечуючи транспортування поживних речовин і теплорегулюючу функцію.

Кількість води в грамах, яка використовується рослиною на створення 1 г сухої маси, називається транспіраційним коефіцієнтом (ТК). У більшості культурних рослин ТК коливається від 300 до 500 (зернові культури), а у овочевих культур – до 600 – 800.

Повітря. Повітря необхідне рослинам як джерело вуглекислого газу та кисню для фотосинтезу і дихання, а азот для синтезу білків. В атмосферному повітрі кисню 21% за об’ємом, що цілком достатньо для рослин в нормальних умовах. А в екстремальних умовах, в результаті утворення льодової кірки або щільного шару снігу, порушується процес дихання, в результаті чого рослини гинуть. Вміст вуглекислого газу в повітрі становить 0,03% але без нього не можливий синтез органічних сполук. Мінімальний вміст вуглекислого газу в повітрі коливається від 0,008 до 0,01% і називається вуглекислотним порогом фотосинтезу. Для створення 1 т зерна пшениці використовують 20г вуглекислого газу, а при врожаї 40 т/га картоплі використовують 30 т цього газу.

Елементи мінерального живлення. Відомо, що до складу рослин входить біля 70 хімічних елементів. Більшість із них рослини отримують із ґрунту.

Азот. Має найбільший вплив на процеси росту рослин. Він входить до складу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, хлорофілу та інших сполук. Основним джерелом надходження його в грунт є рослинні залишки, які фіксуються азотофіксуючими мікроорганізмами, органічні та мінеральні добрива, частково атмосферними опадами. При достатньому забезпеченні азотом рослини інтенсивно ростуть, мають темно-зелений колір, в них багато білка. Надлишкова кількість азоту послаблює механічні тканини, збільшує вегетаційний період та вірогідність полягання рослин. При дефіциті азоту, рослини мають жовто-зелений колір, відстають у рості, містять мало білка.

Фосфор. Фосфор входить до складу білків, нуклеїнових кислот, ліпідів, фітину і макроенергетичних з’єднань. Він сприяє прискоренню дозрівання рослин. При нестачі фосфору в ґрунті затримується ріст і розвиток рослин, особливо на перших етапах.

Калій. Калій сприяє обводненню клітин, відтоку вуглеводів з листя в інші органи рослин. При нестачі калію знижується тургор клітин, стійкість рослини до несприятливих умов середовища.

Крім цього рослини потребують також мікроелементів, яких рослини містять дуже мало – тисячні долі відсотка. Це марганець, бор, молібден, мідь, ванадій, цинк, йод та ін. До ультрамікроелементів, які потрібні рослинам в мільйонних долях відсотка відносять рубідій, цезій, селен, кадмій, срібло, ртуть, золото. Вони також мають важливе значення в житті рослин.

На підставі даних багаточисельних дослідів і їх узагальнення було сформульовано ряд закономірностей дії факторів життя рослин під час формування урожаю. В агрономічній науці ці закономірності відомі як закони землеробства.

1. Закон автотрофності зелених рослин. Суть його полягає в тому, що земні рослини, використовуючи енергію сонячного світла і поглинаючи з повітря вуглекислий газ, з ґрунту воду і мінеральні з’єднання, синтезують всі необхідні їм органічні з’єднання в кількостях, які забезпечують повний розвиток і високу урожайність рослин.

2. Закон незамінності і рівнозначності життя рослин. Суть цього закону полягає в тому, що всі фактори життя рослин незамінні і абсолютно рівнозначні. Ні один з факторів життя не може бути замінений іншим. Наприклад, не можна воду замінити світлом, або азот фосфором, оскільки кожен фактор виконує свою фізіологічну функцію. Поняття рівнозначності слід розглядати так, що немає головних і другорядних факторів життя навіть тоді, коли для рослин один з них необхідний в незначній кількості.

3. Закон мінімуму (закон обмежуючих факторів). Суть його полягає в тому, що величина урожаю визначається фактором, що знаходиться в мінімумі.

4. Закон загальної дії факторів життя. Цей закон говорить про те, що для отримання високого врожаю необхідна наявність всіх факторів життя в оптимальному співвідношенні. Тобто, для отримання високих врожаїв рослини необхідно забезпечити всіма необхідними факторами життя в оптимальних співвідношеннях.

5. Закон повернення поживних речовин в грунт. Згідно цього закону передбачається компенсація елементів живлення, які були використані рослинами і винесені з урожаєм. Порушення цього закону призводить до втрати родючості ґрунту. Цей закон є науковою основою збереження родючості ґрунтів, на що повинен спрямовуватись весь комплекс заходів у сучасному землеробстві.

6. Закон сівозміни, який визначає як закон природи, що будь який агротехнічний прийом найбільш ефективний при застосуванні сівозміни а ніж при беззмінному посіві. Найвища продуктивність сівозміни досягається при щорічній зміні в ній культур, найбільш віддалених за біологічними особливостями і технології вирощування.

Знання законів землеробства, уміння використовувати їх на практиці дає можливість необмеженого підвищення урожаю, але в той самий час вимагає розробки та впровадження таких технологій, при яких рослини будуть найкраще забезпечені факторами життя.

Рослинництво є провідною галуззю сільськогосподарського виробництва. В останній час практична галузь, в якій займаються вирощуванням культурних рослин називається землеробством. Науковою основою сільськогосподарського виробництва, яка об'єднує сукупність знань про рільництво, є агрономія. Сучасне поняття «агрономія» об'єднує сукупність наук про вирощування рослин при найменших витратах праці і коштів, підвищенні їх врожайності і якості отримуваної продукції, про ґрунти та підвищення їх родючості, про раціональне використання сільськогосподарських угідь.

Одним з основних завдань агрономії є розробка технологій вирощування сільськогосподарських рослин з врахуванням агрокліматичних умов.

Рослинництво спирається на низку фундаментальних наук: ґрунтознавство, фізіологія, мікробіологія, ботаніка, генетика, агрохімія, хімія, метеорологія, економіка.

Сучасні сільськогосподарські рослини досить суттєво відрізняються від своїх диких предків. В процесі окультурювання дикі форми видозмінювалися під впливом агротехнічних заходів, штучного добору, створенням нових сортів і гібридів.

В сучасних умовах першочергового значення набуває бережливе ставлення до землі, її раціональне використання, охорона ґрунтів і всебічне підвищення родючості.

Рослинництво дуже тісно пов’язане з виробництвом, в ньому широко використовується і узагальнюється досвід одержання високих і сталих врожаїв сільськогосподарських культур. Рослинництво як наука знаходиться в постійному русі від простого до більш складного, від нижчого до вищого.

Різноманіття природнокліматичних умов на нашій планеті істотно впливає на ґрунтоутворюючий процес – синтез і розпад органічної речовини. Цим пояснюється різноманіття ґрунтів. Об’єктивна можливість підвищувати родючість ґрунту без зменшення його продуктивності є основою для послідовної інтенсифікації процесів у рослинництві. Вирощування високих врожаїв на науковій основі приводить до залучення великої кількості поживних речовин у біологічний кругообіг, збільшення накопичення в ґрунті сонячної енергії в формі органічної речовини.

В основі поняття правильного використання ґрунту лежить закон повернення речовини в ґрунт, яка була використана в процесі вегетації рослин. У відповідності з цим законом, відкритим Ю.Лібіхом, необхідно підтримувати баланс між виносом поживних речовин з ґрунту і їх надходження до нього. Недотримання закону повернення речовин, незбалансовані витрати з ґрунту великої кількості поживних речовин може призвести до зниження родючості ґрунту і зменшення врожайності сільськогосподарських культур. Повернення поживних речовин в грунт здійснюється шляхом заорювання рослинних решток, соломи, внесення гною, торфу, різних органічних і мінеральних речовин. Інтенсифікація рослинництва в значній мірі спрямована на виконання цього закону. Повернення в грунт поживних речовин в розмірах виносу їх з урожаєм буде тільки підтримувати досягнутий рівень родючості. Для забезпечення стійкого приросту родючості ґрунту і врожаїв сільськогосподарських культур необхідно створювати в ґрунті високий запас поживних речовин.

В основі взаємозв'язку грунт – рослина діє закон плодозміни, у відповідності з яким чергування культур у часі і в просторі забезпечує отримання більш високих врожаїв, ніж тривале, протягом років вирощування однієї культури. Багаторічні досліди в різних природних зонах свідчать, що при сучасному розвитку рослинництва найбільш доцільне правильне розміщення культур у сівозміні.

Чергування культур здійснюється в тісному взаємозв’язку з усім комплексом агротехнічних заходів: внесення добрив, обробіток ґрунту, догляд за рослинами, проведення зрошування тощо.

В виробничих умовах при вирощуванні високих врожаїв увага повинна звертатися на підтримання високого агротехнічного рівня протягом всього періоду вегетації тієї чи іншої культури. При цьому основна увага повинна бути звернута на ті фактори, які знаходяться в мінімумі, тому що вони в кінцевому результаті будуть визначати рівень врожайності рослин.