ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОЖАЙНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

                Урожайность сельскохозяйственных культур во многом определяется их устойчивостью к неблагоприятным факторам среды конкретного сельскохозяйственного региона. Значительная их часть приходится на районы неустойчивого земледелия, для которых характерны недостаток или избыток осадков, низкие зимние или высокие летние температуры, засоленность или заболоченность, закисленность почв и др. Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды является результатом их эволюционного развития (изменчивости, наследственности, отбора). На протяжении филогенеза каждого вида растений в процессе эволюции выработались определенные потребности индивидуума к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише. Влаголюбие и теневыносливость, жароустойчивость, холодоустойчивость и другие экологические особенности конкретных видов растений сформировались в ходе эволюции в результате длительного действия соответствующих условий. Так, теплолюбивые растения и растения короткого дня характерны для южных широт, менее требовательные к теплу и растения длинного дня – для северных. В природе в одном географическом регионе каждый вид  растений занимает экологическую нишу, соответствующую его биологическим особенностям: влаголюбивые – ближе к водоемам, теневыносливые – под пологом леса и т.д. Наследственность растений формируется под влиянием определенных условий внешней среды. Важное значение имеют и внешние условия онтогенеза растений[1].

                Адаптация (приспособление) растения к конкретным условиям среды обеспечивается за счет физиологических механизмов (физиологическая адаптация ). Факторы внешней среды могут изменятся закономерно и случайно. Закономерно изменяющиеся условия среды (смена сезонов года) вырабатывают у растений генетическую приспособленность к этим условиям. В естественных для вида природных условиях произрастания или возделывания растения в процессе своего роста и развития часто испытывает воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, к которым относят температурные колебания, засуху, избыточное увлажнение, засоленность почвы и т.д. При действии неблагоприятных условий снижение физиологических процессов и функций может достигать критических уровней, не обеспечивающих реализацию генетической программы онтогенеза, нарушаются энергетический обмен, системы регуляции, белковый обмен и другие жизненно важные функции растительного организма. При воздействии на растение неблагоприятных факторов (стрессоров)в нем возникает напряженное состояние, отклонение то нормы – стресс. Стресс – общая неспецифическая адаптационная реакция организма на действие любых неблагоприятных факторов. Выделяют три основные группы факторов, вызывающих стресс у растений: физические- недостаточная или избыточная влажность, освещенность, температура, радиоактивное излучение, механические воздействия;  химические – соли, газы, ксенобиотики(гербициды, инсектициды, фунгициды, промышленные отходы и др.); биологические – поражение возбудителями болезней или вредителями, конкуренция с другими растениями, влияние  животных, цветение, созревание плодов.[2].

Проблема устойчивости растений к неблагоприятным условиям внешней среды – засухе, высоким и низким температурам, выпреванию, вымоканию, выпиранию – имеет большое практическое значение. Засухоустойчивость. Растения, произрастающие в зоне достаточного увлажнения, редко испытывают недостаток воды и постоянно компенсируют ее потери за счет транспирации. В умеренной и тем более засушливой зонах растительность часто на протяжении длительного периода испытывает водный дефицит[3].

При обезвоживании растительных тканей возникают те или иные нарушения в ходе физиологических прцессов, приводящие к снижению интенсивности фотосинтеза и усилению процессов распада. Сдвиг в обмене веществ при засухе зависит от внутренних особенностей растения, его возраста, фазы развития. Наибольший вред засуха причиняет молодым растущим органам и тканям. Злаки, например очень чувствительны к недостатку почвенной влаги в период формирования у них репродуктивных органов. В засушливую погоду угнетается рост растений, нарушаются процессы формирования цветков и пыльцы, уменьшается число колосков, что выражается в череззернице, пустоколосице (бесколосице) и щуплости зерна (захват). Картофель при высокой температуре не образовывает клубни и вырождается. Оптимальная температура для клуб – необразования у картофеля 17-26°С. Засухоустойчивые растения имеют разнообразные приспособления: у одних – мощная кутикула, сильное опушение, у других – глубокая и хорошо развитая корневая система, высокое осмотическое давление клеточного сока и способность клеток и их структур выносить обезвоживание[4].

Засуха может быть атмосферной и почвенной. Атмосферная засуха -  это комплексное метеорологическое явление, характеризующееся низкой влажностью воздуха (8-30%) и, как правило, повышенной температурой. В тихую погоду при достаточном содержании влаги в почве отрицательное действие атмосферной засухи проявляется слабо. Положение усугубляется сухими горячими ветрами – суховеями. В ветреную погоду возрастает транспирация, корневая система не успевает компенсировать расход воды  и растение завядает. Гораздо опаснее почвенная засуха, особенно если она сопровождается низкой влажностью воздуха и высокими температурами. В этом случае растения не получают влаги из почвы и находятся в завядшем состоянии длительное время, что приводит к нарушению обмена веществ и гибели растений. Кроме физической сухости воздуха и почвы имеет место физиологическая засуха. Физиологическую зхасуху испытывают растения на сырых, болотистых, холодных почвах в северных районах. Потребление холодной воды корнями, несмотря на ее избыток в почве, происходит очень медленно. Поэтому растения болотистых мест - клюква, багульник, брусника, и другие – имеют приспособления, снижающие транспирацию: листья  покрыты опушением или кутикулой[5].

Жароустойчивость. Повреждающее действие, оказываемое на растение недостатком воды, значительно усиливается влиянием высоких  температур. Для подавляющей части наземной флоры верхняя граница нормальной жизнедеятельности составляет 45°С. Наиболее благоприятные (оптимальные) температуры для растений умеренного климата находятся в интервале от 15 до 35°С. Устойчивость растений к воздействию температур выше оптимальной является ценным приспособительным свойством. Однако жароустойчивость не всегда сочетаестся с засухоустойчивостью. Известны формы растений, хорошо переносящие влияние засухи, но не устойчивые к высоким температурам, и наоборот. Даже в пределах группы жаростойких растений существуют различия в механизме устойчивости. Например, у тыквы устойчивость к высоким температурам обусловлена физико-химическими свойствами протоплазмы, а у арбуза- обеспечивается за счет транспирации. У кукурузы температура листьев в дневные часы на 1 3°С выше, а у подсолнечника и пшеницы – на 1 - 2°С ниже температуры окружающего воздуха. У жаростойких форм растений при воздействии высоких температур отмечается снижение дыхательного коэффициента и накопление в тканях органических кислот, которые связывают выделяющийся при нарушении обмена аммиак. Наименее жаростойки молодые растущие органы растений[6].

В неблагоприятных природных условиях устойчивость и продуктивность растений определяются рядом признаков, свойств защитно – приспособительных реакций. Различные виды растений обеспечивают устойчивость и выживание в неблагоприятных условиях тремя основными способами: с помощью механизмов, которые позволяют им избежать неблагоприятных воздействий (состояние покоя, эфемеры и др.); посредством специальных структурных приспособлений; благодаря физиологическим свойствам, позволяющим им преодолеть пагубное влияние окружающей среды[7].

Однолетние сельскохозяйственные растения в умеренных зонах, завершая свой онтогенез в сравнительно благоприятных условиях, зимуют в  виде устойчивых семян (состояние покоя). Многие многолетние растения зимуют в виде подземных запасающих органов (луковиц и кроневищ), защищенных от вымирания слоем почвы и снега. Плодовые деревья и кустарники умеренных зон, защищаясь от зимних холодов, отбрасывают листья.

Защита от неблагоприятных факторов среды у растений обеспечивается структурными приспособлениями, особенностями анатомического строения (кутикула, корка, механические ткани и т.д.), специальными органами защиты (жгучие волоски, колючки), двигательными и физиологическими реакциями, выработкой защитных веществ (смол, фитонцидов, токсинов, защитных белков). Растения располагают различными физиологическими механизмами, позволяющими приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды. У сельскохлзяйственных  растений особое значение имеет  устойчивость, определяемая выносливостью клеток растений, их способностью адаптироваться в изменяющихся условиях среды, вырабатывать необходимые для жизнедеятельности продукты метаболизма. Лучше всего растения переносят неблагоприятные условия в состоянии покоя.

Одной из главных причин снижения урожайности высокопродуктивных сельскохозяйственных растений является их недостаточная устойчивость к неблагоприятным факторам среды. Поэтому чрезвычайно важно знать основные показатели, которые могут характеризовать устойчивость растений к тем или иным неблагоприятным факторам среды. Важность такой постановки вопроса очевидна, так как ведение современного сельского хозяйства требует от специалистов знания не только теоретических основ проблемы, но и умения применять различные физиологические характеристики состояния растений в экстремальных условиях. Для определения устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды используют разнообразные методы. Это в первую очередь визуальная диагностика состояния растений: высота растения, кустистость, темпы роста, формирование листового аппарата, окраска листьев и т.д. Как правило, такие показатели используют при прямых полевых или вегетационных методах выращивания.

В зависимости от вида действующего фактора можно выделить такие показатели, как водоудерживающая способность растений, содержание свободной и связанной воды, эластичность и вязкость протоплазмы. При диагностике холодостойкости и морозоустойчивости используют содержание углеводов, активность р – фруктонозидазы, степень склерификации узла кущения, изменение электропроводности тканей, биопотенциалов и увеличение сродства к красителям. Устойчивость к засолению можно определять по скорости прорастания семян в солевом растворе, а также использовать для этих целей такие показатели, как степень и скорость плазмолиза, «выцветания» хлорофилла, раскрытия устьиц, количество альбуминов, и другие показатели[8].

Таким образом, устойчивость к комплексу неблагоприятных явлений (низкие температуры, выпревание, вымокание, выпирание, и др.), воздействующих на растения в течение зимнего периода, называется зимостойкостью. Знание механизмов устойчивости используется в производственной деятельности. Применяя закалку прорастающих семян, различные удобрения, выводя новые сорта, выбирая сроки и способы посева, систему обрезки деревьев, удается направленно повышать устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды. Применяя различные методы определения устойчивости растений, можно уже на ранних этапах роста и развития растений выявить возможность выращивания их в той или иной экологической среде.

Литература:

1.       Володько И.К. Микроэлементы и устойчивость растений к неблагоприятным условиям, Минск, Наука и техника,1983.

2.       Уоринг Ф.,  Филлипс И.   Рост растений и дифференцировка, Москва,  Мир, 1984.

3.       Володько И.К. Микроэлементы и устойчивость растений к неблагоприятным условиям, Минск, Наука и техника,1983.

4.       Горышина Т.К. «Экология растений», уч. Пособие для Вузов, Москва, В.школа,1979г.

5.       Прокофьев А.А.  «Проблемы засухоустойчивости растений», Москва, Наука, 1978г.

6.       Сергеева К.А.  «Физиологические и биохимические основы зимостойкости древесных растений», Москва, Наука, 1971г.

7.       Горышина Т.К. «Экология растений», уч. Пособие для Вузов, Москва, В.школа,1979г.

8.       Прокофьев А.А.  «Проблемы засухоустойчивости растений», Москва, Наука, 1978г.