Лекция 3 «Отношение овощных растений к факторам внешней среды».
Величина урожая и его качество зависят как от наследственных свойств видов и сортов овощных культур, так и от условий среды, в которых выращивают растения. Условия среды складываются в основном из климатических факторов (тепло, свет, вода, воздух и минеральное питание) и применяемой агротехникой. Все необходимые для растений факторы среды равноценны и незаменимы. При определенной напряженности они могут усиливать или ослаблять, ускорять или замедлять рост и развитие растений, быть причиной заболеваний и даже их гибели. Для получения высокого урожая необходимо обеспечить оптимальный уровень всех условий внешней среды. К этим условиям относится всё то, что находится вне растения. Обычно выделяют три главные группы факторов жизни растений:
1. Абиотические - это климатические – температура, свет (длина дня, освещенность, спектральный состав света), воздух (влажность, движение, состав), механические воздействия (ветер). Почвенные – физические и химические свойства почвы, почвенный воздух и влага.
2. Биотические– взаимовлияние культурных растений в посеве, сорные растения, полезная и вредная микрофлора (болезни, вирусы), полезные и вредные представители животного мира (насекомые)
3. Антропогенные - созданные человеком. Это хирургические приёмы (пасынкование, прищипка, прививка), воздействия на растения и их биоценозы (сообщества) комплексом машин, химическими веществами и физическими средствами.
Различают прямое и косвенное влияние фактора. Первое выражается в прямом действии данного фактора на растение (фотосинтез, ростовые процессы, плодообразование), второе – в изменении реакции растений на отдельные факторы при изменении напряженности одного из них (например ослабление поглощения воды теплолюбивыми культурами, развитие грибковых болезней при повышении влажности воздуха, снижение или повышение температуры).
Уровень реакции растений на воздействие факторов внешней среды определяют три значения: оптимум (наиболее благоприятное для растений), минимум и максимум – крайние (экстремальные) значения фактора, при которых возможна жизнь растения. Интенсивность фактора, находящаяся между максимумом и минимумом, называется зоной толерантности (выносливости). В этой зоне выделяют участки оптимума, субоптимума и пессимума. Говоря о реакции растений на условия внешней среды, ограничиваются одним словом – требовательностью, но правильнее оценивать реакцию растений по трем показателям: требовательности, устойчивости и отзывчивости.
Требовательность – оценивается по интенсивности и действию фактора, который обеспечивает получение урожая или прохождение межфазных периодов, а также нормальный ход жизненных процессов (цветение, плодообразование). Например, оптимальное и субоптимальное значения температуры и сумма температур, влажность почвы и водопотребление.
Устойчивость – это способность растения переносить крайние (экстремальные) значения фактора. Она определяется значениями минимума и максимума, зонами пессимума, (где наблюдается сильное угнетение растения из-за недостатка или переизбытка фактора) и продолжительностью их воздействия. В зоне пессимума часто возникают стрессовые ситуации, оказывающие сильное влияние на рост, развитие и продуктивность культур. В овощеводстве для повышения устойчивости растений к стрессу практикуется создание относительно слабых стрессовых ситуаций (закалка). Выделяется три фазы стресса: резкое ослабление жизненных процессов; адаптация(когда растение начинает приспосабливаться к стрессовой ситуации); и истощение ресурсов надежности.
Отзывчивость – характеризуется уровнем реакции на повышение или понижение интенсивности действия фактора (количество или качество), например: реакция растения (прибавка урожайности) на повышение концентрации почвенного раствора, влажность почвы и количество внесенных удобрений.
Уровень реакции растений на факторы внешней среды имеет важное значение для овощеводства и определяет возможности культуры, особенности технологии, затраты энергии и средств, темпы формирования, размеры и качество урожая, а также экономическую эффективность производства.
Температура воздуха – это основной фактор, определяющий сроки и возможности возделывания овощных культур в открытом грунте и энергозатраты в тепличном овощеводстве.
Отношение к теплу складывается из двух показателей: теплотребовательности, достаточной для нормального роста и плодоношения растений и количеством тепла в течение вегетационного периода (суммы температур) и устойчивости (холодостойкость и жаростойкость) растения противостоять неблагоприятным температурам. В зависимости от этих показателей предложена классификация овощных растений по их отношению к теплу.
1 Морозо и зимостойкие многолетние культуры, происходящие из районов умеренного климата, и удовлетворительно зимующие: ревень, чеснок, щавель, любисток, лук батун и другие.
2 Холодостойкие однолетние, двулетние и многолетние растения происхождением из субтропиков (капустные культуры, корнеплоды) и растения, происходящие из южной части зоны умеренного климата (салат, шпинат, лук репчатый, горох, бобы). Они хорошо переносят кратковременные понижения температуры до 3-5 градусов, и более длительные понижения до 1-2 градусов. Оптимальная температура для фотосинтеза у этих культур 17..23 градуса, но они отрицательно реагируют на температуру свыше 30 градусов.
3 Картофель – выходец из горных районов субтропиков, у которого рост ботвы начинается при температуре 5-6 градусов и прекращается при Т= 30 градусов. (Оптимум 20-21 градус). Оптимальная температура для клубнеобразования 17-20 градусов, надземные органы и клубни чувствительны к температуре ниже 0 градусов.
4 Теплотребовательные растения тропического происхождения – огурец, томат, перец, кабачек, фасоль, кукуруза. Температурный оптимум у этой группы 20-30 градусов. При повышении температуры воздуха до 35 градусов у томата пыльца становится стерильной, а при ночных температурах воздуха ниже 15 градусов она не прорастает (не дает завязей). Представители этой группы культур погибают при температуре ниже 0 градус, не переносят длительных понижений температуры воздуха ниже 10 градусов, а отдельные культуры и сорта – ниже 15 градусов. Особенно губительна для них низкая температура почвы.
5 Жаростойкие теплотребовательные культуры – арбуз, дыня, баклажан, батат. Оптимальные значения температуры для фотосинтеза у культур этой группы – около 30 градусов, максимум 40.
Термопериодизм –это реакция растений на суточные и сезонные колебания температуры. Исторический формообразовательный процесс проходил на фоне условий внешней среды, периодически меняющихся как в течении вегетационного периода, так и в течение суток. Поэтому понятна приуроченность отдельных процессов обмена к суточным и сезонным колебаниям условий роста и развития. Наиболее сильно в течение суток изменяются свет и температура.
Особое влияние на растение оказывает температура в темное время суток. Норма реакции растений зависит как от абсолютного значения ночной температуры, так и от широты размаха суточной амплитуды ее колебания, которая возрастает с увеличением географической широты и континентальности района. Суточные колебания температуры ускоряют прорастание семян многих овощных культур. Замечено, что холодные ночи в значительной степени ограничивают возможность возделывания теплотребовательных культур (огурец), причем наиболее сильно низкая ночная температура сказывается в период их плодоношения. Поэтому при производстве тепличных культур поддержанию определенной ночной температуры уделяют особое внимание. Ночные температуры в значительной степени контролируют рост, который происходит в основном в темную половину суток. Относительно низкие температуры задерживают нарастание биомассы, но способствуют формированию приземистых растений с короткими междоузлиями.
Яровизация - Это биологический процесс качественных изменений, связанный с необходимостью воздействия на растение низкими положительными температурами в течение определенного периода, провоцирующий переход к образованию генеративных органов. Наличие периода яровизации свойственно озимым, двулетним и многолетним растениям, принадлежащих к группе холодостойких культур и является экологическим приспособлением к перезимовке. Однолетние овощные растения этой группы на воздействие яровизации практически не реагируют или очень слабо реагируют некоторым ускорением перехода к образованию генеративных органов.
Без пребывания в условиях пониженных температур культуры, требующие яровизации, генеративных органов не образуют. Капуста при выращивании при температуре выше 15 градусов превращается в многолетнее растение, каждый год образующее кочан и не переходящее к цветению. Не зацветают в подобных условиях, а продолжают расти корнеплоды, репчатый лук. В практике овощеводства и семеноводства с проблемой яровизации приходится сталкиваться главным образом при возделывании капустных культур, лука репчатого и корнеплодов. У них важно задержать яровизацию и не допустить перехода к образованию генеративных органов (цветушность у капустных и корнеплодов и стрелкование у лука) в первый год жизни, так как эти растения не дадут товарного урожая, и, наоборот, стимулировать прохождение яровизации при производстве культуры на семена. В первом случае положительный результат получают за счет устранения возможности пребывания растения в условиях необходимого для яровизации минимума низких температур. Достигается это поддержанием соответствующей температуры при выращивании рассады, соблюдением сроков посева и посадки. У большинства овощных культур яровизация проходит в период хранения, что учитывают при определении температурных режимов. Так температурный режим хранения лука-севка устанавливают с учетом недопущения его яровизации, что достигается поддержанием температуры в период хранения не ниже 20 градусов (теплый способ) и -1…+1 (холодный способ).
Температура почвы влияет на растения, изменяет скорость роста и развития, поглощения, усвоения и передвижения воды и элементов минерального питания. Температура почвы определяет темпы прорастания семян, а так же степень активизации полезных и фитопатогенных микроорганизмов, повреждающих семена и снижающих полевую всхожесть. Все культуры сильно различаются по диапазону температуры, при которой прорастают семена.
Семенам салата, шпината и лука свойственно холодное прорастание, которое начинается при 0 градусах (температура тающего льда). При этом процесс прорастания идет очень долго от 21 до 65 дней и более. Так же разные культуры различаются по верхней температурной границе прорастания семян. Так при температуре выше 25 градусов не прорастают семена салата, выше 30 градусов – шпината, выше 35 градусов моркови, кукурузы, томата, перца, фасоли.
С повышением температуры увеличивается до определенного предела скорость прорастания семян и появление всходов. У верхней температурной границы прорастания семян и становления сеянцев у лука, моркови, томата она не снижается.
Прорастание семени, то есть образование корешка, имеет более низкий температурный минимум, чем рост подсемядольного колена, с которым связан выход проростка на поверхность почвы. У фасоли и перца семена прорастают при температуре 10 градусов, а сеянец образуется при 15 градусах. В зоне экстремальных температур корни не всех проросших семян образуют корневые волоски, что сказывается на их поглотительной способности, и не все проросшие семена дают всходы, то есть снижается полевая всхожесть.
Особенно сильно снижается полевая всхожесть при посеве в холодную почву теплолюбивых культур, что в значительной степени связано с активизацией почвенных патогенов. Повысить полевую всхожесть можно протравливанием и закаливанием семян или дезинфекцией почвы.
Влияние температуры почвы реализуется в накоплении биомассы растений, размерах корневой и наземной систем, темпах роста и прохождения фенофаз. Температура почвы ниже оптимальной задерживает рост корней и наземной системы, ведет к уменьшению размеров листьев и всего растения, задерживает темпы наступления фенофаз. Растения огурца, томата слабее ветвятся и хуже плодоносят. У огурца сорта Вязниковский и Муромский при температуре почвы 12 – 14 градусов наблюдалось полное отсутствие плодоношения. Растения цвели, но завязи не образовывались. При температуре 15-20 градусов растения плодоносили нормально. Оптимальная температура для образования клубней картофеля 17-19 градусов. При длительном нахождении в условиях низкой температуры (5 градусов и ниже) у высаженных клубней не удается получить всходы, они образуют столоны с мелкими клубеньками (объягнивание). При температуре 28-30 градусов клубнеобразование прекращается.
Экстремально высокая температура почвы подавляет рост корневой и надземной систем, задерживает образование кочанов капусты, плодообразование у томата, огурца и перца.
Абиотические факторы. Наиболее действенным абиотическим фактором является температура, поддерживающаяся при хранении продуктов. Она оказывает решающее влияние на величину естественной убыли и актируемые потери продуктов. Пределы оптимальных значений температуры для хранения плодов и овощей находятся между точкой замерзания и температурами, ускоряющими их старение и отмирание. Для большинства видов растительной продукции это температуры, близкие к 0оС, при которых замедляются все биологические процессы.
Большое влияние на сохранность продуктов оказывает также относительная влажность воздуха (ОВВ) в хранилище. Для сочной плодоовощной продукции она должна быть достаточно высокой (80-95%), чтобы предотвратить ее увядание и потерю тургора. Зерно и семена необходимо хранить при относительной влажности воздуха, не превышающей 70%, для предотвращения сорбции (поглощения) водяных паров из воздуха и увлажнения зернопродуктов, так как при этом значительно снижается их устойчивость при хранении.
Газовый состав воздуха также является важнейшим абиотическим фактором. Повышенные концентрации диоксида углерода (СО2) и пониженные до определенных пределов концентрации кислорода оказывают положительное влияние на сохраняемость и лежкость плодов и овощей за счет снижения интенсивности дыхания и предотвращения потерь от развития микроорганизмов (гниения и плесневения). При хранении продукции в такой газовой среде ослабляются процессы обмена веществ, замедляются процессы старения и отмирания тканей, и значительно продлеваются сроки хранения.
Воздухообмен (вентиляция) как абиотический фактор, влияющий на сохранность продуктов, необходим для поддержания в хранилище равномерного температурно-влажностного и газового режима, удаления паро - и газообразных продуктов жизнедеятельности зерна, плодов и овощей в целях предотвращения образования конденсата влаги на их поверхности и загнивания.
Важную роль при хранении растительных продуктов играет степень освещенности. Овощи и плоды следует хранить в темноте, без прямого доступа солнечного света, так как на свету ускоряются процессы жизнедеятельности и старения, интенсивнее разрушаются биологически активные вещества (пигменты, витамины), происходит позеленение клубней картофеля и головок моркови.
