Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур

Исходной позицией в решении проблемы экологизации земледелия является разработка системы агроэкологической оценки сельскохозяйственных культур. Чтобы выявить агроэкологические ареалы возделывания культур, необходимо отчетливо представлять их требования к агроклиматическим, почвенным, геоморфологическим, литологическим, гидрологическим и другим условиям. При этом наряду с количественными оценками продуктивности не менее важное значение имеет качественная сторона продукции (содержание сахара, белка, крахмала и т.п.).
Далеко не все аспекты агроэкологической оценки растений разработаны с достаточной полнотой, особенно почвенные, некоторые трудно поддаются формализации. Часть критериев агроэкологической оценки сельскохозяйственных культур имеют описательный характер и основываются на практическом опыте без углубленной экспериментальной проработки. Тем не менее обширный фактический материал позволяет достаточно эффективно решать эту задачу при формировании современных систем земледелия.
Наряду с учетом экологических требований растений с позиции их метаболизма оценка сельскохозяйственных культур должна включать также требования, связанные с технологическими особенностями их возделывания и влиянием на окружающую среду.
Рассматривая основные положения агроэкологической оценки культур в том и другом аспектах, нужно иметь в виду, что по каждой обозначенной в общих чертах оценочной позиции следует привлекать соответствующие справочные и другие материалы. Для углубленного понимания эколого-генетических основ адаптивного потенциала растений рекомендуется использование монографии А.А. Жученко.
Требования растений к теплообеспеченности и температурному режиму. Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур начинается с установления длительности вегетационного периода. Общая оценка потребности растений в тепле дается по сумме активных температур (выше 10°С) за период вегетации. Эта характеристика может очень сильно различаться не только у культур, но и у разных сортов одной и той же культуры (табл. 1). Потребность в тепле рассчитана практически для всех сельскохозяйственных растений, их сортов и гибридов. В условиях резко континентального климата Восточной Сибири суммы активных температур для них примерно на 100°С меньше, чем в европейской части страны.

Наряду с этим показателем для оценки отношения культур к термическим условиям важно учитывать биологический минимум температуры при прорастании семян, появлении всходов, диапазон благоприятных температур для появления всходов, биологический минимум температуры для формирования вегетативных и генеративных органов, плодоношения, перезимовки растений.
Особое внимание должно быть уделено оценке минимальной температуры для прорастания семян и появления всходов. При низкой температуре почвы семена не дают всходов, а при длительном воздействии низких температур они загнивают. Чем выше температура почвы в период посев - всходы, тем быстрее идет прорастание семян при достаточном количестве влаги. Например, семена озимой пшеницы при температуре около 5 °С прорастают в течение 6 дней, при 10 °С - 4 дней, при 15- 20 °С - в течение 1-2 дней. Картофель при 11-12 °С в умеренно влажной почве дает всходы на 23-й день, при 14-15 °С - на 17-18-й день, при 18-25 °С - на 12-13-й день. Однако если температура почвы поднимается до 27-28 °С, то всходы появляются только на 16-17-й день.
Для каждого вида растений существуют определенные температурные границы, в пределах которых происходит прорастание семян. Для зерновых культур, например, минимум находится в пределах 0-5 °С, оптимум - в пределах 20-25 °С, а максимум - в пределах 30-40 °С. Для кукурузы - соответственно 8-10, 30-35 и 40-50°С.
Классификация сельскохозяйственных растений по требованиям к температуре прорастания семян и появления всходов представлена в таблице 2.

Для большинства теплолюбивых культур температура почвы, при которой допускается посев, должна быть несколько выше начальной температуры прорастания семян, иначе появление всходов сильно затягивается, а ранние всходы могут подвергнуться воздействию весенних заморозков.
Холодоустойчивость - способность растений длительное время переносить низкие положительные температуры (от 1 до 10 °С) без необратимого повреждения. Она свойственна растениям умеренной зоны в отличие от большинства субтропических и тропических растений, которые при температуре несколько выше 0 °С повреждаются.
Холодоустойчивость определяется способностью растений сохранять нормальную структуру цитоплазмы и изменять обмен веществ в период охлаждения и последующего повышения температуры.
Морозоустойчивость - способность растений переносить температуру ниже 0 °С. Морозоустойчивость складывается из способности растений замедлять замерзание путем экранирования от охлаждения, понижения точки замерзания и устойчивости протоплазмы к дегидратации при замерзании.
Замедление образования льда в тканях обусловлено понижением точки замерзания растворов. Клеточный сок замерзает в зависимости от его концентрации при температурах от -1 до -5 °С. Клетки, соединенные в ткани, замерзают при более низкой температуре, чем клеточный сок. Кроме того, вода, в клетках способна к переохлаждению, т.е. она может охлаждаться ниже точки замерзания без немедленного образования льда. Однако переохлажденное состояние неустойчиво, оно редко сохраняется дольше нескольких часов.
Понижение точки замерзания дает хотя и ограниченную, но единственную защиту растений от мороза в период вегетации. По устойчивости к заморозкам в этот период полевые культуры разделяются на группы, характеристики которых представлены в таблице 3.

Морозоустойчивость многолетних растений - более сложное явление, связанное с закаливанием и морозоустойчивостью самой протоплазмы. В условиях сезонного климата растения приобретают осенью "льдоустойчивость", т.е. способность переносить образование льда в тканях. Процесс закаливания состоит из нескольких фаз, каждая из которых подготавливает переход к следующей. Закаливание к морозу у озимых злаков и плодовых деревьев начинается многодневным (до нескольких недель) воздействием температур чуть выше нуля. На этой фазе в протоплазме накапливаются сахара и другие защитные вещества, клетки становятся беднее водой, а центральная вакуоль распадается на множество мелких вакуолей.
Благодаря этому протоплазма оказывается подготовленной к следующей фазе, проходящей при регулярных слабых морозах от -3 до -5 °С. При этом ультраструктуры и ферменты протоплазмы перестраиваются таким образом, что клетки переносят обезвоживание, связанное с образованием льда. Только после этого растения могут, не подвергаясь опасности, вступать в заключительную фазу процесса закаливания, которая при непрерывном морозе по меньшей мере от -10 до -15 °С делает протоплазму морозоустойчивой. Оттепель, особенно в конце зимы, вызывает быстрое снижение устойчивости растений. После окончания зимнего покоя способность их к закаливанию и вместе с тем высокая степень закалки быстро утрачиваются.
Жароустойчивость растений означает способность переносить жару без необратимого повреждения. Жароустойчивость складывается из способности протоплазмы выдерживать экстремально высокие температуры и способности избегать повреждений экранированием и отражением лучей, теплоизоляцией, охлаждением в результате транспирации.
Жароустойчивость зависит от продолжительности воздействия тепла, т.е. подчиняется закону доз: более умеренная жара при большой продолжительности оказывает такое же повреждающее действие, как и кратковременная сильная жара. Поэтому жароустойчивость принято характеризовать переносимостью определенных температур при их получасовом воздействии.
По отношению к жароустойчивости различаются группы нежаростойких видов растений, которые повреждаются уже при 30-40 °С, жаровыносливых эукариотов, которые переносят получасовое нагревание до 50-60 °С. Температура выше 60 °С является непереходимой границей для высокодифференцированных растительных клеток. Более высокие температуры способны переносить лишь жароустойчивые прокариоты.
Жароустойчивость - очень специфичное свойство: даже близко родственные виды одного и того же рода могут заметно различаться по этому признаку. Наиболее характерные различия в устойчивости возникли в ходе эволюции и отбора. Так, например, жаростойкость листьев многих видов в тундре составляет 42 °С, в тайге - 44, а в жарких полупустынях - 47 °С.
Из культурных растений жароустойчивостью обладают теплолюбивые растения южных широт - сорго, рис, хлопчатник, клещевина. В период образования генеративных органов жароустойчивость однолетних растений снижается.
Иногда в качестве критерия жароустойчивости используют длительность воздействия высокой температуры, при которой наступает паралич устьиц листьев. Например, у овса, довольно чувствительного к высоким температурам и подверженного запалу, паралич устьиц наступает при температуре 38-40 °С через 4-5 ч. У ячменя, характеризующегося более высокой жароустойчивостью, паралич устьиц отмечен при температуре 38-40 °С через 25-35 ч, а у проса, отличающегося еще более высокой жароустойчивостью, паралича устьиц не наблюдается при этой температуре в течение 48 ч.

---