24.1. Світло

 

Світло має велике значення у житті рослин. Під його впливом у рослинах і відбувається фотосинтез,  у процесі якого  утворю- ються органічні  речовини.  Водночас у повітря  рослини  виділя- ють кисень, необхідний для дихання всіх організмів.

Світло значно впливає на процеси росту та розвитку рослин.

При недостатньому освітленні порушується нормальний ріст більшості рослин — формуються видовжені,  тонкі і слабкі стеб- ла. Недостатня інтенсивність  світла позначається  на якості вро- жаю — знижується  вміст білка в зернових, цукру в цукрових бу- ряках, крохмалю в картоплі, жиру в насінні соняшнику  тощо.

Фотосинтезу належить провідна роль в утворенні органічної речовини рослин. Завдяки цьому процесу утворюється 95% маси сухих речовин рослини. Тому керування фотосинтезом посіву-один з найефективніших  шляхів управлінням продуктивністю  рослин.


 

До найважливіших факторів, що визначають рівень продук- тивності посівів сільськогосподарських культур, належать: енер- гія сонячного  світла, яка забезпечує проходження  фотосинтезу; забезпечення посівів вуглекислим газом; рівень мінерального живлення, умови водопостачання  та тепловий режим.

Основне завдання землеробства — використання  енергії со-

нячної радіації з найбільшим  коефіцієнтом  корисної  дії.

Променева енергія сонця у більшості випадків впливає на особливості  процесів  росту, форму і розміщення  листків у рос- лин та ін. Вона бере участь не тільки у формуванні органічної речовини, але і у її перетворенні й відкладанні, впливає побічно та безпосередньо  на процеси загартування рослин і на посу- хостійкість. Світло також впливає і на формування органів рослин.

У похмуру погоду або в загущених осінніх сходах у злаків ко-

нус наростання  основного  стебла та пагонів завжди виноситься (піднімається) ближче до поверхні ґрунту, їх ріст за умов недостат- нього освітлення припиняється  із запізненням.  Все це зумовлює невелику продуктивність  таких сходів. Науковими дослідженнями встановлено, що у зв’язку  з різною інтенсивністю  освітлення неоднаково відбуваються біологічні, фізіологічні та біохімічні про- цеси в рослинах, що в кінцевому результаті впливає на вміст хло- рофілу, анатомію, морфологію окремих органів та габітус рослин. Світловий режим озимої пшениці впливає не тільки на розвиток, але й на процеси росту, висоту стебла, кількість листків, довжину та ширину  листкової  пластинки.  У середньому  вглиб травостою пшениці  надходять тільки 15–20%  сонячної радіації.

Для нормального росту і розвитку рослин озимої пшениці необхідна мінімальна інтенсивність освітлення — 1,8 тис. люксів. Пряме сонячне світло опівдні дає 30–40 тис. люксів. Недостатнє освітлення може послаблювати фотосинтез, що негативно впли- ває на врожай, а в поєднанні з багатим азотним фоном призво- дить у зернових культур до різкого  збільшення стерильності квіток.

Оптимальна інтенсивність  освітлення  є необхідною  умовою,

яка забезпечує  високу фотосинтетичну активність рослин, фор- мування високопродуктивних репродуктивних  органів.

Важливим якісним  показником стану посівів, здатних з вели- ким ККД засвоювати енергію світла та СО2 з повітря, є достатньо


висока оптична діяльність при великій сумарній поверхні асим- ілюючих органів,  головним  чином листків.

Зміни в інтенсивності освітлення часто тісно пов’язані із змінами температурного режиму ґрунтів і посівів. Останні по- мітно впливають на проходження мікробіологічних  процесів у ґрунті, а тим самим і на поживний  режим  ґрунту. Тому питання впливу світла на рослини  є важливим як з теоретичної,  так і ня всіх організмів.

Світло значно впливає на процеси росту та розвитку рослин.

При недостатньому освітленні порушується нормальний ріст більшості рослин — формуються видовжені,  тонкі і слабкі стеб- ла. Недостатня інтенсивність  світла позначається  на якості вро- жаю — знижується  вміст білка в зернових, цукру в цукрових бу- ряках, крохмалю в картоплі, жиру в насінні соняшнику  тощо.

Фотосинтезу належить провідна роль в утворенні органічної речовини рослин. Завдяки цьому процесу утворюється 95% маси сухих речовин рослини. Тому керування фотосинтезом посіву-один з найефективніших  шляхів управлінням продуктивністю  рослин.


 

До найважливіших факторів, що визначають рівень продук- тивності посівів сільськогосподарських культур, належать: енер- гія сонячного  світла, яка забезпечує проходження  фотосинтезу; забезпечення посівів вуглекислим газом; рівень мінерального живлення, умови водопостачання  та тепловий режим.

Основне завдання землеробства — використання  енергії со-

нячної радіації з найбільшим  коефіцієнтом  корисної  дії.

Променева енергія сонця у більшості випадків впливає на особливості  процесів  росту, форму і розміщення  листків у рос- лин та ін. Вона бере участь не тільки у формуванні органічної речовини, але і у її перетворенні й відкладанні, впливає побічно та безпосередньо  на процеси загартування рослин і на посу- хостійкість. Світло також впливає і на формування органів рослин.

У похмуру погоду або в загущених осінніх сходах у злаків ко-

нус наростання  основного  стебла та пагонів завжди виноситься (піднімається) ближче до поверхні ґрунту, їх ріст за умов недостат- нього освітлення припиняється  із запізненням.  Все це зумовлює невелику продуктивність  таких сходів. Науковими дослідженнями встановлено, що у зв’язку  з різною інтенсивністю  освітлення неоднаково відбуваються біологічні, фізіологічні та біохімічні про- цеси в рослинах, що в кінцевому результаті впливає на вміст хло- рофілу, анатомію, морфологію окремих органів та габітус рослин. Світловий режим озимої пшениці впливає не тільки на розвиток, але й на процеси росту, висоту стебла, кількість листків, довжину та ширину  листкової  пластинки.  У середньому  вглиб травостою пшениці  надходять тільки 15–20%  сонячної радіації.

Для нормального росту і розвитку рослин озимої пшениці необхідна мінімальна інтенсивність освітлення — 1,8 тис. люксів. Пряме сонячне світло опівдні дає 30–40 тис. люксів. Недостатнє освітлення може послаблювати фотосинтез, що негативно впли- ває на врожай, а в поєднанні з багатим азотним фоном призво- дить у зернових культур до різкого  збільшення стерильності квіток.

Оптимальна інтенсивність  освітлення  є необхідною  умовою,

яка забезпечує  високу фотосинтетичну активність рослин, фор- мування високопродуктивних репродуктивних  органів.

Важливим якісним  показником стану посівів, здатних з вели- ким ККД засвоювати енергію світла та СО2 з повітря, є достатньо


висока оптична діяльність при великій сумарній поверхні асим- ілюючих органів,  головним  чином листків.

Зміни в інтенсивності освітлення часто тісно пов’язані із змінами температурного режиму ґрунтів і посівів. Останні по- мітно впливають на проходження мікробіологічних  процесів у ґрунті, а тим самим і на поживний  режим  ґрунту. Тому питання впливу світла на рослини  є важливим як з теоретичної,  так і их рослин.

Для рослин вода потрібна з моменту висівання насіння і до закінчення формування врожаю. Використовувати воду рослина починає від моменту бубнявіння насіння. Кількість її, потрібна для нормального  проростання  насіння, неоднакова  для різних сіль- ськогосподарських культур (табл. 60).

Проте сумарна витрата вологи на проростання насіння не- значна. Як видно з даних табл. 60, уже на перших етапах життя


 

Таблиця 60

Кількість води, необхідної  для проростання насіння різних культур, % від маси

 

 

Культура

Кількість води,

% від маси на- сіння

 

Культура

Кількість води,

% від маси на- сіння

Пшениця

45–59

Люпин

130–143

Жито

64–78

Вика

130–142

Ячмінь

58–60

Льон

100–105

Овес

76–85

Коноплі

70–74

Кукурудза

25–35

Цукрові буряки

115–121

Просо

25–27

Конюшина червона

 

140–145

Горох

110–115

 

рослини різних видів використовують  неоднакову кількість води, те саме спостерігається і в наступні періоди їх життя. Зокрема, рослини мало використовують води у початковий період розвитку і максимальну її кількість при формуванні надземної та підземної маси, регенеративних органів, плодів, коренеплодів, бульбо- плодів. Наприкінці вегетації використання води рослинами по- мітно зменшується.  Період найбільшої  потреби  рослин  у воді, коли нестача її різко знижує врожайність, називається критичним періодом. Для озимих і ярих зернових колосових цей період при- падає на вихід у трубку–колосіння, для кукурудзи  — цвітіння — молочна стиглість, для зернобобових  і гречки — цвітіння, для соняшнику — утворення кошика, для картоплі — цвітіння — буль- боутворення.

Загальні витрати вологи на утворення одиниці сухих речовин

рослин характеризуються  транспіраційним коефіцієнтом. Цей по- казник значною мірою залежить від виду та біологічних особливо- стей рослин, а також від умов вирощування культур (табл. 61).

Наведені в табл. 61 дані свідчать про те, що транспіраційний коефіцієнт має лише відносне значення для порівняння потреби у волозі різних  культур. Величина транспіраційного коефіцієнта залежить не лише від виду рослин,  а й від екологічних умов їх вирощування,  тобто від ґрунтових та метеорологічних  умов. Як відомо, випаровування залежить від величини відносної вологості повітря, яка, в свою чергу, пов’язана  з кількістю водяної пари в


 

Таблиця 61

Транспіраційний  коефіцієнт різних сільськогосподарських культур

 

 

Культура

Транспіраційний коефіцієнт

 

Культура

Транспіраційний коефіцієнт

Пшениця

400–550

Люцерна

600–800

Ячмінь

360–480

Горох

350–400

 

Кукурудза, сорго, просо

 

240–350

 

Конюшина червона

 

600–750

Цукрові буряки

 

500–600

 

Овес

 

350–400

Льон

400–450

Картопля

500–550

 

повітрі та температури.  Тому в суху погоду транспіраційний  кое- фіцієнт підвищується, у вологу — знижується.  В загальному ком- плексі метеорологічних умов на транспіраційний коефіцієнт впли- вають крім відносної вологості повітря вітер та його сила, а також сонячне світло. Установлено, що на сонці транспірація  у рослин відбувається енергійніше, тому рослини, що ростуть по краях поля, випаровують більше вологи, ніж ті, що ростуть у середині ділянки.

Із ґрунтових умов, що впливають на транспірацію,  велике зна-

чення має забезпеченість рослин елементами живлення. Внесення добрив забезпечує  більш раціональне використання  рослинами запасів  ґрунтової  вологи.  Так, у дослідах академіка  Д. М. Пря- нишникова величина транспіраційного коефіцієнта вівса, виро- щеного у вегетаційних  посудинах, була різною (табл. 62).

Раціональне використання  вологи  культурними  рослинами

при одночасному забезпеченні їх достатньою кількістю елементів живлення та іншими факторами  життя має важливе виробниче значення. Це підтверджується  однією з основних тез наукового землеробства — максимальна ефективність будь-якого  фактора або агротехнічного заходу можлива тільки при повному забезпе- ченні рослин іншими умовами життя.

Транспіраційний коефіцієнт помітно змінюється у межах різних сортів і різновидностей культур. Проте величина його характери- зує лише витрату вологи рослинами  і враховує її надходження. Рослина з високим  транспіраційним коефіцієнтом,  порівняно  з


 

 

Транспіраційний  коефіцієнт вівса


 

Таблиця 62


 

Вологість ґрунту,% від повної вологоєм- кості

Транспіраційний коефіцієнт

 

без добрив

при повному удобренні

40

402

334

60

483

372

80

505

409

 

рослиною, у якої цей показник низький, може вбирати води більшу кількість, якщо в неї глибоко розміщена  коренева систе- ма, що дає їй змогу вбирати вологу з глибоких шарів ґрунту. Так, люцерна має високий транспіраційний коефіцієнт, хоч може добре розвиватись  і в умовах посухи, оскільки  її коренева сис- тема проникає  в ґрунт на глибину більш як 10 м.

Здатність  вівсюга  пригнічувати  овес,  особливо  в посушливі

роки, значною мірою зумовлена тим, що його коренева система розвивається швидше, ніж у вівса. У більш пізніх культур, що роз- виваються  в другій  половині  літа (кукурудза,  сорго,  суданська трава), коренева система розміщується  глибоко. З її допомогою вони використовують  протягом  першої половини  літа вологу із глибоких шарів ґрунту, сильніше висушуючи їх, ніж ранні культу- ри, а в другій половині літа використовують  вологу опадів. У по- сушливій зоні всі заходи, що сприяють  швидшому розвитку  ко- реневої системи  і проникненню  її вглиб (глибока  оранка, рання сівба тощо), полегшують використання  води рослинами з глиб- ших шарів ґрунту.

Нестача вологи  зумовлює  тимчасове  або тривале в’янення

рослин. При значній нестачі води в листках порушуються біо- хімічні процеси, насамперед відбуваються гідроліз вуглеводів з утворенням сахарози та розкладання білків. Внаслідок цього рослини втрачають здатність до фотосинтезу.

Вологість ґрунту на полях, зайнятих посівами культур, зни- жується внаслідок як транспірації рослин, так і випаровування її з поверхні ґрунту. Причому значна частина ґрунтової вологи вит- рачається на формування врожаю. Особливо значним є випаро- вування вологи  з поверхні  ґрунту на початку  вегетації  рослин, коли транспірація  їх ще обмежена.


 

Сільськогосподарські культури терплять як від нестачі, так і від надлишку вологи в ґрунті. Перезволоження  ґрунту зумовлює нестачу кисню, наявність якого у ґрунтовому повітрі сприяє нор- мальному функціонуванню кореневої системи рослин. Крім того, при нестачі кисню пригнічуються життєдіяльність аеробних бак- терій, денітрифікація нітратів та ретроградація  фосфатів. Трива- ле застоювання води у блюдцях спричинює вимокання посівів озимих.

Потреба рослин у воді залежить від біологічних властивостей даної групи або сортів рослин, площі листкової поверхні, трива- лості вегетаційного  періоду, життєздатності  та особливостей розміщення  їх кореневої системи  в ґрунті.

 

 

Велике значення для формування врожаю рослин має роз- поділ опадів у часі. Сума опадів за весну і першу половину літа, тобто за період, протягом  якого  для рослин особливо потрібна волога, невелика.

Доведено, що величина транспіраційного коефіцієнта зале- жить від осмотичного  тиску ґрунтового розчину та структури ґрунту. Із зменшенням  вмісту часточок пилу в ґрунті величина транспіраційного коефіцієнта зменшується.  Тому при поліпшенні структури ґрунту посилюється життєдіяльність аеробних бактерій, які розкладають органічну речовину, збільшується вміст мінераль- них речовин у ґрунтовому розчині,  внаслідок чого підвищується осмотичний  тиск ґрунтового  розчину, що, в свою чергу, сприяє зменшенню  величини транспіраційного коефіцієнта рослин.

Крім погодних  умов, для забезпечення  рослин вологою  ве- лике значення мають фізичні властивості ґрунту, зокрема його будова, щільність складення, гранулометричний  склад та харак- тер поверхні.  Від цих властивостей  ґрунту  залежать не лише


загальні запаси вологи в ньому, а й її рухомість та швидкість переміщення. Зокрема, піщані ґрунти висихають швидше по- рівняно з іншими, втрачаючи воду внаслідок випаровування. Вони утримують менше води, ніж суглинкові та глинисті ґрунти. Проте недоступної для рослин вологи у піщаних ґрунтах найменше по- рівняно із суглинками  та глинистими  ґрунтами,  тому на піщаних і супіщаних ґрунтах рослини легше витримують посуху.

Помітно впливає на вміст води у ґрунті поверхня випаровуван-

ня. Чим вона рівніша, тим менше випаровується вологи. Гребеня- ста поверхня, що утворилася після оранки, зумовлює значну втрату ґрунтової вологи. Випаровування води ґрунтом з гребеневою або глибистою  поверхнею посилюється  під дією сили вітру.

Вміст води в ґрунті залежить також від експозиції  земельної ділянки. Так, при уклоні поверхні 15° на східному схилі випарову- вання зменшується на 86%, на західному — на 84%, а на північно- му — до 70% (випаровування  вологи на південних схилах прий- мається за 100%).

Значно впливає на вміст вологи в ґрунті рельєф. На підвище-

них місцях випаровування інтенсивніше, ніж на понижених, ос- кільки в першому випадку відбувається більш посилена циркуля- ція атмосферного  повітря.

Одним з факторів  впливу на водний  режим  ґрунту у різних

зонах є склад місцевої флори. Слід зазначити позитивний  вплив лісу, що знаходиться поблизу полів. Ліс затримує  весняні та по- веневі води,  сприяє  затриманню  снігу  на полях та повільному його таненню, перешкоджає розвитку ерозії, забезпечує підви- щення вмісту водяної пари в атмосферному повітрі, зменшує транспірацію  рослин та випаровування з поверхні ґрунту.

Баланс води в кореневмісному шарі визначається  кліматич-

ними та погодними умовами, властивостями ґрунту, його станом під час обробітку,  а також біологічними  особливостями  рослин та особливостями  росту їх кореневої системи.

Більшість води надходить у кореневмісний шар ґрунту за ра- хунок атмосферних опадів та ґрунтових вод при високому  рівні їх залягання. Відносно  менше значення у балансі вологи коре- невмісного шару ґрунту має вода, яка утворюється внаслідок конденсації  водяної пари, що надходить з атмосфери та глибо- ких шарів ґрунту.


Головними складовими витратної частини балансу вологи є: проникнення  її за межі кореневмісного шару ґрунту, випарову- вання в атмосферу та використання  рослинами.

Водний режим ґрунту в землеробстві характеризується  такими водно-фізичними константами: повна вологоємкість (ПВ); найменша (польова) вологоємкість (НВ); вологість розриву капі- лярного зв’язку (ВРК); вологість в’янення (ВВ); вологість стійко- го в’янення (ВСВ); максимальна гігроскопічність (МГ); максималь- на адсорбційна  вологоємкість  (МАВ).

За рухомістю вологу ґрунту поділяють на легкорухому, серед-

ньорухому, малорухому й нерухому, а за доступністю для рослин розрізняють  вологу легкодоступну,  що може переходити в над- мірну, середньодоступну, важкодоступну,  дуже важко доступну й недоступну.

О. А. Роде виділив такі форми води в ґрунті: вільну, неміцно- зв’язану,  міцно-зв’язану, водяну пару, тверду та кристалізаційну. На рис. 25 показано  механізм руху води в ґрунті, її доступність за різної  вологості.  Доступною  для рослин є вода, яка перемі- щується у ґрунті завдяки гравітаційним,  капілярним, плівчасто- менісковим  та дифузійним  силам.

Для підвищення родючості ґрунту, як правило, застосовують два основних заходи: накопичують якнайбільшу кількість води і зберігають її запаси в ґрунті в районах з недостатнім і нестійким зволоженням та ведуть боротьбу з перезволоженням  ґрунту в місцевостях  з надмірним  його перезволоженням. Заходи нако- пичення і збереження води в ґрунті мають бути спрямовані на підвищення водопроникності ґрунту та зменшення підняття води в ньому і випаровування вологи в атмосферу.

У процесі  водопроникності ґрунту розрізняють  два явища:

поглинання  води ґрунтом  до моменту його насичення вологою та фільтрацію. Поглинання води, яка проникає  зверху, залежить не тільки від дії сили гравітації, а й від вбирної здатності ґрунту. Величина останньої тим менша, чим більша вологість ґрунту.

Максимальну  водопроникність мають ґрунти з міцною  гру-

дочкуватою структурою.  На водопроникність ґрунту впливає та- кож його будова, здатність до набухання, склад поглинутих  ос- нов, пористість, наявність щілин, ходів черв’яків тощо. Чим краща будова ґрунту, зокрема,  чим більше співвідношення  об’єму  ве-


ликих і малих щілин, тим вища водопроникність ґрунту. Із збіль- шенням здатності ґрунту до набухання його водопроникність зменшується, оскільки сильніше звужуються щілини ґрунту. Вплив складу поглинутих основ виявляється в тому, що чим більша валентність катіонів, тим більша водопроникність ґрунту. Отже, регулювання водопроникності ґрунту зводиться до поліп- шення його  структури  та будови.

Вода, що підіймається до поверхні ґрунту як у рідкому, так і в

пароподібному  стані, випаровується  в атмосферу у вигляді во- дяної пари. Випаровування води з ґрунту відбувається постійно. Це пояснюється тим, що густина водяної пари дорівнює 0,662 густини повітря, внаслідок чого ґрунтове повітря, насичене во- логою, як більш легке, спрямовується  вверх.


 

Дослідженнями  встановлено, що випаровування води з ґрун- ту можна зменшити створенням одного або двох ущільнених про- шарків на певній глибині від його поверхні. Пошарове ущільнення ґрунту повинно досягати 30–40% об’ємної маси пухкої частини орного шару. Тому для регулювання випаровування вологи з ґрунту треба створювати не лише його структуру, а й відповідну будову.

Основними заходами для збільшення запасів ґрунтової воло-

ги є зволоження ґрунту і зменшення випаровування водяної пари в атмосферу та вплив на рослину.

Серед заходів безпосереднього впливу на ґрунт основним  є

система обробітку ґрунту, що забезпечує створення необхідної його будови, збереження грудочкуватої  структури і знищення бур’янів.

Зволоження ґрунту відбувається внаслідок комплексу заходів, насамперед зрошення. Під час зрошення в посушливих районах рослини можна забезпечувати водою протягом усього вегета- ційного  періоду, зокрема,  в критичні періоди їх розвитку.

На незрошуваних  землях у зонах Лісостепу  та Степу велике

значення для зволоження ґрунту та для боротьби з ерозією має раціональне використання  зимових опадів і весняних талих вод. Наприклад, в Лісостепу та Степу об’єм весняних вод досягає 70% об’єму зимових опадів (400–800 м3/га).

Для затримання  і накопичення  снігу  на полях застосовують

літні посіви (куліси) високостеблових  рослин (соняшнику,  куку- рудзи, сорго тощо), стебла яких залишають на зиму в полі, а зи- мою між ними снігорозорювачами роблять снігові  гребені і бо- розни.  При щільності снігу  0,3 г/см3   кожний  накопичений  його шар заввишки  10 см забезпечує  близько  300 м3/га води.  Для раціонального  використання  зимових  опадів і місцевого  стікан- ня води восени застосовують такі заходи: полицеву і безполице- ву оранку впоперек  схилу, формування гребенів  і борозен  упо- перек схилів, щілювання на глибину до 0,7 м з відстанню між щілинами 3–5 м упоперек схилу, прискорене  танення снігу тощо. Важливим для раціонального  використання  вологи та боротьби з ерозією є досвід США і України по застосуванню обробітку ґрунту по горизонталях  або контурної оранки.

Одним з важливих заходів для збільшення вологості ґрунту є

поліпшення мікроклімату — насадження лісосмуг, залісення піща- них ділянок, балок, байраків,  після чого збільшується  вологість


 

повітря, знижується сила вітру, зменшується випаровування ґрунтової вологи, затримується сніг на полях, краще викорис- товуються ґрунтом весняні талі води, знижується  ерозія, підви- щується рівень ґрунтових вод.

До заходів, що скорочують випаровування води з ґрунту, на-

лежить мульчування — покриття  різними  матеріалами  поверхні ґрунту між рослинами.  Для регулювання водного режиму ґрунту істотне значення має правильне чергування культур у сівозміні, відповідне розміщення  рослин на полі — напрям та спосіб сівби і садіння, норма висіву, строки  сівби тощо. Іншим заходом  для регулювання водного режиму ґрунту є боротьба з його перезво- ложенням. Воно буває постійним  або тимчасовим.

Постійне  перезволоження  ґрунту потребує  його  осушення.

Перезволоження  ґрунту спричинює  вимокання  рослин.  Внаслі- док застоювання води та перезволоження ґрунту вода заповнює пори ґрунту, витісняє ґрунтове повітря, порушує аерацію, різко посилює анаеробний процес. За таких умов велике значення має застосування  гребеневих  посівів.

При підвищенні вологості ґрунту посилюється кущення зер- нових культур та ріст вегетативної маси, що зумовлює затінення нижньої частини стебел рослин. Недостатнє освітлення нижніх міжвузлів викликає надлишкове подовження клітин рослин, внас- лідок чого стінка соломини витоншає, стебло стає не дуже міцним, що є основною  причиною вилягання хлібів.