Задачи, объекты и методы исследования растениеводства

Растениеводство — наука о полевых растениях и приемах их возделывания. Объекты ее исследования - полевые культуры. Она решает следующие задачи: изучение закономерностей формирования урожая, выявление резервов увеличения производства экологически чистой высококачественной продукции, разработка теорий и технологий получения высокой урожайности возделываемых культур при наименьших затратах труда, средств и энергии. Растениеводство изучает также морфологические признаки и биологические особенности культурных растений, их видов и разновидностей, сортов и гибридов.

Сельское хозяйство — сложное комплексное производство. Оно имеет две основные отрасли, производящие продукцию, — растениеводство и животноводство. Другие отрасли сельскохозяйственного производства — механизация, химизация, мелиорация, переработка и т. д. — призваны обслуживать растениеводство и животноводство, сами же органическую продукцию не создают.

Растениеводство строится на принципах (законах) биологической науки, изучающей особенности развития растений, их требования к условиям среды. К. А. Тимирязев указывал, что для получения высокого урожая надо знать требования растений и уметь их удовлетворять. Без глубокого знания биологии растений невозможна разработка правильной агротехники. Широко используются в растениеводстве знания многих смежных наук — земледелия, почвоведения, агрохимии, физиологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии, химии, физики, экономики, а также новых электронно-вычислительных систем и др.

Растениеводство имеет свои методы исследования. Только правильно поставленный опыт обеспечивает получение достоверных результатов, которые можно с уверенностью рекомендовать практике.

Критерием ценности любого эксперимента, проводимого в тщательно учитываемых условиях, служат степень достоверности результатов, проверяемая математически, возможность их повторения и обобщения, применимость на практике, экономическая эффективность и экологическая безопасность. В растениеводстве применяют полевой, вегетационный и лабораторный методы исследований.

Основной метод исследований — полевой опыт. Он позволяет решать многие практические вопросы агротехники, например способы обработки почвы, применения удобрений, сроки посева семян, ухода за растениями и уборки урожая, определения эффективности комплексов отдельных приемов возделывания культур, а также подбора сортов. Полевые опыты закладывают на опытных полях научных учреждений на участках с выровненным плодородием и рельефом. Проводят их на делянках размером 10—25 м² и более при 4—6-кратной повторности.

Разновидностью полевого опыта являются географические опыты и опыты по сортоиспытанию, закладываемые одновременно во многих пунктах по единым схемам и методикам, обеспечивающим обобщение результатов.

Для предварительного изучения вопросов, решение которых на больших площадях затруднительно или связано с риском, закладывают микрополевые опыты. Проводят их на небольших делянках при малом числе повторностей.

Вегетационный опыт - аналитический метод исследования лабораторного типа с элементами синтеза. Растения в вегетационном опыте выращивают в специальных помещениях (фитотроны, вегетационные домики и др.) в сосудах, наполненных почвой, прокаленным песком или раствором солей (водные культуры). Ценность вегетационного метода заключается в возможности вычислить действие изучаемых факторов, устранив при этом влияние других.

Для изучения действия факторов внешней среды, различных биохимических и физиологических процессов, а также для генетических и селекционных исследований используют камеры искусственного климата, где систематически учитывают и регулируют исследуемые режимы.

Лабораторные методы исследований — это разнообразные биометрические, физиологические, агрохимические, микробиологические и другие анализы, проводимые по соответствующим методикам. Применяют их для объяснения результатов, полученных в полевом опыте. Например, определение плодородия почвы, плодородия поля (участка), структуры урожая, качества растительной продукции (содержание сахара, жира, белков, волокна и др.).

Применение метода меченых атомов позволяет изучать многие сложные физиологические процессы, происходящие в растениях (пути и скорость передвижения элементов питания у вегетирующих растений и др.).

Производственный опыт - метод изучения различных аспектов растениеводства в производственных условиях, позволяющих дать практическую оценку данным, полученным в полевом опыте, и выявить их производственную применимость, экономическую экологическую оценку. Производственные опыты проводят на делянках площадью 1-2 га с применением полной производственной технологии при двукратной повторности.

Принципы классификации полевых культур

Полевые культуры различают не только по ботаническим признакам (семейство, род, вид, разновидность и др.), но и по биологическим особенностям, их требовательности или устойчивости к экологическим факторам и хозяйственному назначению.

По продолжительности жизни растения делят на однолетние, двулетние и многолетние (3 года и более).

По способу опыления полевые растения разделяют на самоопыляющиеся (пшеница, ячмень, горох и др.) и перекрестноопыляющиеся (рожь, кукуруза, гречиха, подсолнечник, люцерна и др.). У последних - пыльца переносится насекомыми или ветром.

По продолжительности цветения различают растения с коротким периодом цветения и дружным созреванием, с длинным периодом цветения и с растянутым периодом созревания. Это свойство обусловлено особенностями роста. У растений первой группы (пшеница, подсолнечник, лен и др.) соцветия образуются в результате дифференциации точки роста стебля; после цветения у таких растений рост прекращается. У растений второй группы (гречиха, горох, бахчевые, люцерна и др.) соцветия образуются в пазухе листьев, а точка роста стебля может формировать вегетативные и генеративные органы до конца вегетации (до наступления засухи или заморозков).

По продолжительности вегетационного периода однолетние полевые культуры делят на растения с коротким периодом вегетации – 60-80 дней (горох, ячмень, гречиха и др.), со средним — 90- 110 (яровая пшеница, овес, лен, горчица и др.) и длинным - 120-140 дней (сахарная свекла, подсолнечник, кукуруза и др.). Озимые хлеба вегетируют 280-340 дней (включая период перезимовки).

По развитости корней различают растения с сильно-, средне- и слаборазвитой корневой системой. Сильноразвитую корневую систему, проникающую в глубь почвы до 2,5 м и более, имеют люцерна, сахарная свекла, подсолнечник, кукуруза и др.; среднеразвитую (до 1,0-1,5м)— пшеница, рожь, ячмень, овес, просо, картофель и др.; слаборазвитую (0,7-0,9 м) - гречиха, фасоль, лен и др.

По площади питания, необходимой для нормального роста растений, культуры делят на три группы. Наибольшую площадь питания (1,0-2,5 м² в среднем на растение) требуют бахчевые культуры (кормовой и столовый арбуз, тыква, кабачок); довольно большую (0,15-0,20 м²) - пропашные культуры (свекла, кукуруза, подсолнечник и др.), высеваемые широкорядным (с междурядьями 45, 60, 70, 90 см), квадратным (45 х 45, 60 х 60 см и т. п.) или ленточным (45-15, 60—15см) способом. Небольшую площадь питания (0,002 м²/растение) требуют культуры сплошного посева, высеваемые обычным рядовым (15см), узкорядным (7,5см), пере крестным или безрядковым способом.

По отношению к реакции почвенного раствора выделяют три группы культур: требующие нейтральной или слабощелочной реакции (рН 7,0—7,5 до 8,0) — сахарная свекла, конопля, люцерна и др.; требующие нейтральных или слабокислых почв (рН 6,0-7,0) - пшеница, ячмень, кукуруза, зернобобовые (кро­ме люпина), подсолнечник, клевер и др.; малотребовательные к реакции почвенного раствора (рН 5,0—7,5) — рожь, овес, гречиха, просо и др.

По устойчивости к засолению почвы культуры разделяют на солеустойчивые (выдерживающие содержание солей до 0,7-0,9 %) — сахарная свекла, арбуз, тыква, люцерна, донник и др.; среднеустойчивые (0,4-0,6 %} — пшеница, ячмень, просо, рожь, сорго и неустойчивые — овес, горох, гречиха, кукуруза и др.

По отношению к питательным веществам растения группируют соответственно их химическому составу. Высокобелковые культуры больше потребляют азота и фосфора, сахар- и крахмалосодержащие - много калия, масличные и прядильные — много азота, фосфора и калия.

Различают также культуры, обогащающие (бобовые) и обедняющие (злаки и др.) почву азотом.

По отношению к теплу культуры делят на теплолюбивые, происходящие из тропиков, неустойчивые к холодам и заморозкам, не имеющие озимых форм (просовидные злаки, соя, фасоль, бахчевые и др.), и малотребовательные к теплу - выходцы из умеренного климатического пояса, сформировавшиеся в условиях смены теплого и холодного сезонов и выработавшие потребность в пониженной температуре для яровизации, отличающиеся холодо- и морозостойкостью, имеющие как яровые, так и озимые формы (колосовые хлеба, ранние зернобобовые, корнеплоды, крестоцветные масличные, лен, многолетние травы и др.). Выделяют также промежуточную группу среднетребовательных к теплу растении (картофель, сахарная свекла, люпин и др.).

Как правило, теплолюбивые культуры требуют поздневесеннего или летнего срока посева, среднетребовательные к теплу среднего, а малотребовательные — ранневесеннего, осеннего (озимые) или подзимнего срока посева. По устойчивости к высоком (35-40 °С) температуре выделяют группу жаростойких растений (сорго, просо, могар, нут и др.), которых больше среди теплолюбивых культур.

Потребность культуры в тепле и теплообеспеченность региона выражают суммой биологически активных среднесуточных температур (более 10°С). Зная ее, можно заранее предвидеть, вызреем ли культура (сорт) в данном регионе.

По отношению к влаге среди полевых культур выделяют засухоустойчивые (экономно расходующие влагу — сорго, просо, кукуруза, нут, чина, сахарная свекла, подсолнечник, житняк и др.) и влаголюбивые (типичные хлеба, картофель, рапс, гречиха, кормо­вые бобы, вика и др.).

Потребность растений во влаге измеряют количеством воды (в граммах), необходимым для создания одного грамма сухого вещества. Эту величину называют транспирационным коэффициентом (ТК). В зависимости от вида и сорта растения, а также почвенно-климатических условий и погоды ТК изменяется в широких пределах: для озимой пшеницы он составляет 300-450, кукурузы — 230-300, гороха - 400-550, сахарной свеклы — 240-300.

Потребность в воде изменяется по фазам развития растения. Периоды наибольшей потребности растений в воде называют критическими. Для озимой и яровой пшеницы, ржи, ячменя и овса критические периоды — выход в трубку — колошение, для сорго, проса — выметывание — налив зерна, для кукурузы — цветение — молочное состояние зерна, для зерновых бобовых и гречихи -цветение, для картофеля — цветение — клубнеобразование.

Установлено, что оптимальная влажность в корнеобитаемом слое для большинства растений находится в пределах 60-80 % НВ, а в период наибольшего развития ассимиляционного аппарата и интенсивного роста — в пределах 70—80 % НВ.

По реакции на длину дня (фотопериодизм) культуры делят на растения короткого и длинного дня. У растений короткого дня (просо, кукуруза, подсолнечник, соя и др.) ускоренное созревание происходит при коротком дне (10-12 ч), а у растений длинного дня (пшеница, овес, горох, лен и др.) — при длинном (14-16ч). Это связано с тем, что у этих групп растений накопление и перемещение углеводов происходят по-разному: у растений длинного дня они идут интенсивнее на длинном дне, главным образом в дневные часы, а у растений короткого дня — на умеренно коротком дне в ночные часы. Существуют и фотопериодически нейтральные растения (фасоль обыкновенная, нут, гречиха и др.).

Группировка полевых культур по хозяйственному назначению.

Рассматриваемые в курсе около 100 полевых культур отличаются по ботаническим, биологическим и хозяйственным признакам, по виду продукции, особенностям возделывания и размещения в севооборотах, по степени механизации, способам и срокам уборки и другим показателям. Для удобства изучения разнообразных полевых культур они разделены по производственному признаку на три группы: зерновые, технические (масличные, прядильные, крахмало-, сахаросодержащие и др.) и кормовые, которые, в свою очередь, делят на подгруппы (табл.1).

1. Производственная и ботанико-биологическая группировка полевых культур

Группа	Биологические подгруппы	Полевые культуры
I. Зерновые
I. Зерновые	1. Зерновые злаковые хлеба 2. Просовидные хлеба 3. Зернобобовые 4. Прочие зерновые	Пшеница, рожь, ячмень, овес Кукуруза, просо, сорго, рис, чумиза Горох, бобы, чечевица, соя, чина, фасоль, нут, люпин, вика Гречиха, амарант и др.
II. Технические
1. Масличные	1. Жиромасличные 2. Эфиромасличные	Подсолнечник, сафлор, горчица, рапс, рыжик, клещевина, кунжут, мак, соя, сурепица, лен, арахис, перилла, ляллеманция Кориандр, анис, тмин, мята перечная, шалфей мускатный, лаванда, фенхель
2.Прядильные (волокнистые)	1. Растения с волокнами на семенах 2. Растения с волокном в стебле (лубоволокнистые) 3. Растения с волокном в листьях	Хлопчатник Лен прядильный, конопля, кенаф, джут, канатник, кендырь, и др Юкка, новозеланский лен
3.Сахаросодержащие	1.Корнеплоды 2. Другие сахароносы	Сахарная свекла Сахарный тростник и др.
4.Крахмалосодержащие	Клубнеплоды	Картофель
5.Инсулиносодержащие	Корне- и клубнеплоды	Цикорий, топинамбур, топинсолнечник
6. Наркотические, лекарственные	Лекарственные, Наркотические и др.	Опийный мак, валериана, дигиталис, табак, махорка, ромашка долмацкая, хмель, белладонна
III. Кормовые
7. Кормовые культуры	Силосные культуры: однолетние Двулетние Многолетние Корнеплоды Бахчевые Кормовые Пищевые Технические Однолетние травы: Бобовые Злаковые 5. Многолетние травы: Бобовые Злаковые	Кукуруза, сорго, подсолнечник Кормовая капуста, кольраби Борщевик, горец Вейриха и др. Кормовая свекла, морковь, брюква, турнепс, репа Арбуз кормовой, тыква, кабачки Арбуз столовый, дыня, тыква, кабачки Люффа Вика, сараделла, пелюшка, клевер и др. Суданская трава, могар, чумиза, райграс Клевер, люцерна, эспарцет, лядвенец и др. Тимофеевка, овсяница, житняк, кострец, пырей и др