Далее изложены новые взгляды на выбор конкретных сортов культур для посева на почвах с конкретной предысторией и предпосевным состоянием. Выдвинуты доказательства наличия собственных микроорганизмов на семенах и подтверждено их влияние на формирование условий произрастания растений.
Концепция формирования урожайности сельскохозяйственных культур в системе «Почва – Семена – Микроорганизмы»
Система «Почва – Семена – Микроорганизмы» (ПСМ) является наиболее общей системой, определяющей урожайность сельскохозяйственных культур.
Для неё характерно наличие и взаимодействие друг с другом трёх естественных подсистем: «Почва», «Семена» и «Микроорганизмы»
Как видно из данного рисунка, эти подсистемы тесно взаимодействуют друг с другом с образованием связей «А», «В» и «С».
Область «А» характеризует взаимодействие семян и почвы, при котором растительность непосредственно воздействует на почву, поскольку корни рыхлят и меняют структуру почвенной массы, извлекают из неё минеральные элементы.
Область «В» соотносится с развитием микроорганизмов в почве и преобразованием почвы под их влиянием.
Область «С» ассоциируется с влиянием собственных микроорганизмов семян на состояние и дальнейшее развитие семян.
Общим итогом взаимодействия подсистем «Почва», «Семена» и «Микроорганизмы» является урожайность «Crop».
Все эти три подсистемы отличаются большим разнообразием. Например, только разновидности почв достигают нескольких тысяч, что требует весьма грамотного отношения при их использовании. Понятно и то, что условия взаимодействия указанных подсистем в разных регионах разные.
Круг факторов, действующих одновременно на все три подсистемы и вносящих существенный вклад в получение урожая, также очень обширен. На подсистемы «Почва», «Семена» и «Микроорганизмы» действуют внешние факторы окружающей среды, главными из которых являются температура, влага и солнечная радиация.
Вода как средство формирования фактора влаги является од ним из самых замечательных веществ по своим уникальным физико-химическим свойствам и значению для жизнедеятельности организмов, в т. ч. и растений.
Вода выполняет следующие биологические функции:
функцию растворителя и стабилизатора растворённых биологических молекул и ионов;
транспортную функцию при транспирационном токе питательных веществ;
механическую (гидратационную) функцию, т. е. способствует сохранению внутриклеточного давления и формы клеток (тургор);
структурную функцию (входит в виде структурной прослойки между полярными концами белков и липидов в биологических мембранах;
синтетическую (анаболическую) функцию (как субстрат в синтезе биологических веществ);
гидролитическую (катаболическую) функцию (как субстрат в разрыве связей биологических веществ);
электродонорную (энергетическую) функцию (является источником электронов при трансформации энергии в хлоропластах растений).
Известно, что благоприятный водный режим растений достигается при поддержании влажности почвы на уровне 70–80 % полевой влагоёмкости. Влажность почвы ниже указанных значений отрицательно сказывается на росте и развитии растений.
Кроме того, на эти подсистемы оказывает дополнительное влияние человек, вводя коррективы в условия произрастания культур посредством внесения различных удобрений и препаратов. Таким образом, процесс культивирования растений является сложнейшим механизмом, казалось бы, не поддающимся никакому прогнозу.
Поэтому вопросы предварительного прогнозирования потенциальной урожайности культур с учётом свойств почвы, качества семян и наличия микрофлоры являются важным направлением современной науки в сфере сельскохозяйственного производства.
Почва
Почва состоит из твёрдой, жидкой, газообразной и живой частей.
Именно в почве развивается корневая система растения.
Соотношение твёрдой, жидкой, газообразной и живой частей различно не только в разных почвах, но и в различных горизонтах одной и той же почвы.
Почва представляет собой слоистую структуру, которая формируется в результате перемещения продуктов неорганического и органического происхождения. При формировании почв образуются почвенные горизонты. В почвенном профиле выделяют следующие основные горизонты:
А0 – органогенный горизонт, сложенный из неразложившегося полностью опада листьев и стеблей.
Ad – дернина. Дернина – это верхний слой почвы на природных или сеяных травостоях, пронизанный живыми и отмершими корнями травянистой растительности.
A1 – гумусовый (перегнойный) горизонт. Гумус образуется за счёт перегнивания растений, избирательно поглощавших элементы питания из окружающей среды.
A2 – элювиальный горизонт (горизонт вымывания).
B – иллювиальный горизонт (переходный горизонт вмывания).
C – материнская порода.
Бытует мнение, что чем больше вносить в почву мелиоранты, соответственно, тем больше можно получить и урожай.
Однако внесение в почву минеральных удобрений и ядохимикатов в чрезмерно излишних количествах и их накопление в почве относится к отрицательным техногенным факторам. Ядохимикаты же однозначно подавляют биологическую активность почвы и снижают естественное плодородие почвы.
Поэтому оценка качества почвы перед посевом является важнейшим мероприятием (которое, к сожалению, зачастую игнорируется многими сельскохозяйственными предприятиями).
Пригодность почвы к посеву оценивают по множеству параметров.
На наш взгляд, одним из важнейших параметров почвы является её утомляемость. Причиной почвоутомляемости и снижения урожайности сельскохозяйственных культур отчасти является нарастающий токсикоз плодородного слоя, обусловленный накоплением в нём ядовитых выделений растений (колинов) и микроорганизмов.
Семена
Конечно же, для размножения культур основополагающим являются их семена.
Согласно современным подходам, посевные и сортовые качества семян регламентируются государственными стандартами, и к посеву допускаются отвечающие их требованиям кондиционные семена.
К посевным качествам относятся всхожесть, чистота, заражённость болезнями и вредителями, влажность и масса 1000 семян.
Например, масса 1000 зёрен ячменя составляет 25–55 г для плёнчатого и доходит до 65 г для голозёрного.
По массе зёрен условно выделяют три группы: мелкое зерно с массой 1000 зёрен не более 30 г, среднее зерно с массой 1000 зёрен в пределах 31–40 г и крупное зерно с массой 1000 зёрен 41 г и выше.
В зависимости от посевных качеств семена делят на три класса. Для каждого класса нормируются содержание семян основной культуры, отход основной культуры, количество примесей, количество семян других растений, всхожесть и влажность.
В связи с посевными качествами используется термин «посевная годность». Посевная годность – это процент чистых и всхожих семян в партии.
В частности, для озимой и яровой пшеницы приняты следующие нормы содержания семян основной культуры:
1-й класс – 99,0 %;
2-й класс – 98,5 %;
3-й класс – 97,0 %.
Соответственно, нормы всхожести для озимой и яровой пшеницы составляют:
1-й класс – 95 %;
2-й класс – 92 %;
3-й класс – 90 %.
Для посева используются семена 1-го и 2-го классов. Семена 3-го класса допускаются к посеву в виде исключения только на производственных площадях хозяйств.
Имеется несколько методов определения жизнеспособности семян. Достаточно эффективными считаются методы определения жизнеспособности семян по окрашиванию их зародышей витальными красителями. При этих методах жизнеспособными считаются семена, зародыши которых не окрашиваются.
Для определения жизнеспособности зерновок вполне применим метод Иванова.
При этом берут десять зерновок (например, пшеницы) и предварительно намачивают их в течение 10 часов при комнатной температуре.
Далее разрезают зерновки бритвой пополам вдоль бороздки и помещают в 0,2%-й раствор кислого фуксина или 0,1%-й раствор индигокармина, налитый в стаканчик или бокс.
После истечения 15 минут краску сливают, образцы промывают водой, размещают при помощи пинцета на фильтровальной бумаге и определяют жизнеспособность. У жизнеспособных семян зародыши не окрашены, а у мёртвых и сильно повреждённых семян имеют характерное окрашивание.
Для определения жизнеспособности семян гороха, фасоли, люпина, конопли и тыквенных целесообразен метод Нелюбова.
При этом методе берут 10–15 семян, например гороха, и предварительно замачивают их в течение 18 часов при температуре 20 °С.
Далее освобождают семена от семенной оболочки и помещают в 0,2%-й раствор индигокармина на 2–3 часа при температуре 30 °С.
Затем краску сливают, образцы промывают водой и устанавливают жизнеспособность.
Семена с неокрашенными корешками и слабо окрашенными семядолями относят к жизнеспособным Семена же с полностью окрашенными корешками и семядолями признают нежизнеспособными.
В производственных условиях необходимая площадь питания для роста и развития растений обеспечивается нормой высева семян. Напомним, что норма высева – это оптимальное количество всхожих семян, высеваемое на единицу площади и обеспечивающее наивысший урожай при соблюдении надлежащих условий агротехник.
Подсистема
Микроорганизмы
Подсистема «Микроорганизмы» представлена набором микроорганизмов почвы и собственных микроорганизмов семян, которые заселяют пространство корневой системы растительной культуры и способствуют усвоению химических элементов из окружающего пространства.
Угнетение полезных микроорганизмов приводит к снижению урожайности культур.
Понимая значительную роль микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности в формировании урожаев, хозяйства вносят в почву различные микробиологические препараты для стимулирования развития растений.
Зависимость урожайности культур от угла изменения поперечного профиля склоновых земель
Ещё одним фактором, влияющим на урожайность культур, является рельеф местности.
Во многих регионах более 30 % земельных угодий расположено на склонах различной крутизны и различного макрорельефа.
По изменению угла уклона β в профиле склона можно выделить несколько характерных участков, таких как участки I, II, III, IV и V (рис. 1.5). Участки I (подножие склона) и IV (вершина склона) характеризуются поверхностью, близкой к горизонтальной. Участок III представляет собой наклонную поверхность с практически неизменяющимся углом уклона. Участки II и IV являются переходными.
Характерное распределение по толщине плодородного слоя почвы (заштриховано) и урожайность U культур на склоне в зависимости от изменения угла уклона β
Из-за неравномерности плодородного слоя выход массы урожая резко меняется в зависимости от того, где произрастает растение.
Чем больше наклон – тем медленнее и в меньшем количестве происходит наращивание зеленой массы, ниже урожайность, поскольку тонок гумусовый слой
Внесение удобрений целесообразно локально в слои почвы, бедные гумусом (на участки III, II и IV). Нормы внесения удобрений должны подбираться индивидуально для каждого участка.