Отношение овощных культур к температуре воздуха и почвы. Способы регулирования теплового режима в открытом грунте.
Тепло является экологическим фактором. Для нормального роста и развития отдельных овощных растений требуется определенная сумма активных температур. Для многих овощных растений эта сумма составляет 1800-2000 оC а для томата 2500-2800°С. В различных зонах нашей страны температурные условия различные и, следовательно, различные возможности для выращивания отдельных овощных культур. Ориентировочно можно считать, что среднесуточная температура 5°С определяет начало и конец вегетации зимующих в открытом грунте овощных растений и начала весеннего сева холодостойких культур. Среднесуточная температура 10оС – определяет начало и конец активного роста их стеблей и листьев. Температура 12-15°С определяет начало сева требовательных к теплу растений. Рост их происходит при температуре выше 15°С.
Температура оказывает большое влияние на прохождение физиологических процессов - дыхание, интенсивность фотосинтеза, поглощение почвенного раствора, ассимиляцию, накопление запасных веществ и др. Так, процесс фотосинтеза протекает наиболее благоприятно при 25-35°С, при дальнейшем повышении температуры процесс фотосинтеза резко замедляется и при температуре 40-50°С совершенно прекращается. Физиологическое состояние растений очень влияет на отношение их к температурному фактору. Так, сухие семена могут долго храниться в жидком воздухе при температуре - 198оС и не потерять жизнеспособности, а вегетирующие растения гибнут при заморозках. Различные органы растений различно реагируют на температуру. Корневая система лучше развивается при температуре на 1- 4°С ниже температуры необходимой для роста надземных органов.
Температура, при которой проходят наиболее интенсивно рост и накопление урожая, называется оптимальной температурой. С повышением температуры до оптимальной, наиболее благоприятной для каждой овощной культуры ускоряется ассимиляция и накопление органических веществ превышает расходы на дыхание. Но с наступлением, так называемой компенсационной точки, приток и расход органических веществ в организме уравновешивается. Дальнейшее повышение или понижение температуры приводит к необратимым процессам в клетках растений и может привести к гибели растений или отдельных его частей.
Способность растений переносить пониженные или повышенные температуры в период роста и развития от семени до образования продуктивных органов определяет региональные границы выращивания овощных культур в открытом грунте.
Возможность выращивания растений в умеренном климате тесно связана с их холодостойкостью и морозостойкостью.
Холодостойкостью называется способность растений переносить незначительные и кратковременные понижения температуры ниже 00 С. Пониженную холодостойкость имеют растения семейства тыквенных, пасленовых, бобовых.
Морозостойкостью называется устойчивость растений к действию отрицательных температур. Особенно морозостойки многолетние овощные растения. По требовательности овощных растений к теплу В.И.Эдельштейн (1962) разделяет их на четыре группы.
1. Морозостойкие - многолетние растения: щавель, ревень, хрен, спаржа, многолетние луки, эстрагон, мяты и другие многолетние растения.
2. Холодостойкие - капустные растения, корнеплоды, салат, шпинат, кресс-салат, листовая горчица, лук репчатый, мангольд, бобовые.
3. Требовательные к теплу - томат, перец, баклажаны, огурец.
4. Жаростойкие - дыня, арбуз, тыквы, кукуруза, фасоль.
Различия между этими группами заключаются в способности переносить зиму и температуру ниже 0оС, а также поддерживать положительный приходо-расходный баланс при высокой температуре. Морозостойкие многолетние овощные растения выдерживают под покровом снега сильные морозы благодаря зимостойкости зимующих почек, в которых создается повышенная концентрация клеточного сока за счет наличия запасов питательных веществ в корнях, корневищах, луковицах. Холодостойкие растения могут переносить небольшие заморозки (-1-2°С) в фазе всходов, а также кратковременные осенние заморозки (до -3-50С) без потери качества продукции. Требовательные к теплу растения при температуре ниже 0°С часто сильно болеют или погибают. Оптимальная температура для теплолюбивых овощных растений находится в пределах 20-30°С, в период плодоношения оптимальная температура несколько выше - около 25-32°С. Более высокая температура вредна для теплолюбивых культур. Растения жаростойкие требуют примерно одинаковых температур для своего развития с требовательными к теплу культурами, но процессы ассимиляции идут быстрее при 30оС и даже при 40оС происходит накопление органического вещества. У теплолюбивых растений при 40°С в организме преобладают процессы расхода накопленного органического вещества Отношение овощных растений к теплу в разные фазы развития. В различные периоды и фазы роста и развития требования к теплу у овощных растений меняются. Для быстрого прорастания семян требуется довольно высокая температура. При высокой температуре семена дружно и быстро всходят, так как тепло ускоряет набухание семян, улучшает обмен веществ и деятельность ферментов.
В период цветения и созревания плодов потребность в тепле у овощных растений возрастает. Однако, очень высокие температуры в сочетании с низкой влажностью, приводят к потере жизнедеятельности пыльцы и опадению цветков. Растения, образующие корнеплоды, кочаны и клубни в период их образования нуждаются в умеренных температурах в пределах 18-20оС, более высокая температура задерживает ростовые процессы или приводит к прекращению нарастания продуктивных органов. Во время зимнего хранения этих культур температура снижается до минимальной, чтобы был меньший расход органического вещества на дыхание.
Следует отметить, что температура является мощным фактором внешней среды и регулируя температуру можно управлять процессами роста и развития растений. Используя воздействие температур на растения разработаны способы предпосевной подготовки семян, предпосадочной подготовки маточников, разработаны оптимальные режимы хранения семенников двулетних культур.
Успешному выращиванию овощных культур часто мешают весенние и осенние заморозки. Это, главным образом, июньские и августовские заморозки. Применение закаливания семян и молодых всходов повышает устойчивость растений к весенним заморозкам. Образование льда в клетках и между ними происходит при более низкой температуре, если протоплазма содержит меньше воды, ее вязкость повышена, а клеточный сок имеет высокую концентрацию растворенных в нем веществ, особенно сахаров. Накоплению сахаров способствует хорошая освещенность листьев, умеренная или пониженная температура днем и около 0оС ночью. При закаливании прорастающие семена или молодые сеянцы должны находиться при низкой положительной температуре и при хорошей освещенности. Повышают холодостойкость растений фосфорно-калийные удобрения, сокращение поливов.
. Регулирование теплового режима при выращивании овощных культур. Возможности управления тепловым режимом в открытом грунте ограничены, лишь в некоторой степени температурный режим регулируется выбором участков, сроком посева, посевом защитных кулис, поливами, искусственной защитой полимерными пленками.
1. Выбор участка для требовательных к теплу культур со склоном на юг и с супесчаным грунтом, хорошо и быстро прогреваемым.
2. Использование участков с естественной защитой от господствующих ветров.
3. Выращивание огурцов и других теплолюбивых культур в кулисах из высокостебельных более холодостойких растений.
4. Подбор сроков посева и выращивания, соответствующих биологическим особенностям культур, например, холодостойкие культуры высевают весной в самые ранние сроки по готовности почвы к проведению полевых работ. Требовательные к теплу и жаростойкие культуры высевают с таким расчетом, чтобы почва была прогрета до температуры, близкой к минимальной для прорастания семян (12-14оС для огурца), а всходы появились после того, как минует опасность заморозков. Уборка этих культур должна быть окончена до осенних заморозков.
5. В местах достаточного и избыточного увлажнения тепловой режим регулируют нарезкой на поверхности поля гребней или поделкой гряд.
6. Мульчирование сплошное или ленточное покрытие поверхности поля плотными пленками, бумагой или рыхлыми материалами(перегной, опилки).
7. Борьба с заморозками путем использования всякого рода укрытий. При этом температура в зоне размещения растений повышается на 0, 5-1, 0°С по сравнению с открытым полем.
Используют также поливы или опрыскивание растений водой (с помощью дождевальных установок). Используют для защиты от заморозков искусственные туманные завесы. В качестве тумано-образователей используют красный фосфор, хлористый аммоний, хлорсульфоновую кислоту. Температура под искусственным туманом повышается на 1, 5-3, 0оС. Для рассеивания туманообразователей используют самолеты или наземные установки.
Тепло. Накопление органического вещества, или рост растений, определяется в основном соотношением между фотосинтезом, в результате которого образуется органическое вещество, и дыханием, в результате которого оно расходуется. Эти процессы в сильной степени зависят от температуры, поэтому рост и продуктивность растений также определяются температурными условиями.
Процесс фотосинтеза усиливается с повышением температуры дo 25—35°С, а затем при дальнейшем повышении температуры, падает и при 40—45°С прекращается. Оптимальные температуры фотосинтеза зависят от различных сопутствующих факторов и, в первую очередь, от интенсивности освещения и содержания СО2 в воздухе. С увеличением интенсивности света и содержания СО2 температурный оптимум фотосинтеза повышается. При очень слабом освещении и низком содержании CO2 оптимум фотосинтеза картофеля находится около 10°С, при полном освещении и нормальном содержании CO2 в воздухе (0, 03%) — около 20°С, а при полном освещении и повышенном содержании СО2 (1, 22%) — около 30°С.
Оптимум дыхания растений 30—40°С. При более высокой температуре интенсивность дыхания падает, а при температуре выше 50°С прекращается вследствие отмирания растений. Низкие температуры резко снижают интенсивность дыхания, но у морозостойких растений оно не прекращается даже при температуре -10°С и ниже. Полностью дыхание прекращается лишь при замерзании тканей.
Однако температурный оптимум роста далеко не всегда совпадает с оптимальной температурой ассимиляции (фотосинтеза). Процесс дыхания с повышением температуры возрастает значительно быстрее, чем фотосинтез. Поэтому с повышением температуры в конце концов наступает момент, когда прирост органического вещества в результате ассимиляции становится равным его расходу на дыхание (так называемая компенсационная точка), а затем, при дальнейшем повышении температуры, расход может стать даже большим, чем приход, и растение начнет отмирать.
Для обеспечения интенсивного накопления органического вещества и хорошего роста, растений температура днем должна быть выше, чем ночью. Днем происходит накопление ассимилятов и частичный расход их на дыхание. Ночью процесс ассимиляции прекращается, но продолжается расходование накопленных днем органических веществ на дыхание. Низкие ночные температуры, сокращая энергию дыхания, уменьшают потерю органических веществ и, следовательно, способствуют их накоплению и лучшему росту растений. Это требование растений к понижению ночной температуры, выработанное в ходе эволюции, называют термопериодизмом. Наблюдения показывают, что при круглосуточной температуре 26°С томат, например, растет хуже, чем при переменной температуре 26°С днем и 17—19°С ночью. Недостаточное дневное освещение (пасмурная погода) тоже вызывает необходимость снижения температуры во избежание излишней траты органических веществ на дыхание. В естественных условиях наступление темноты или недостаточное дневное освещение обычно сопровождается снижением температуры, что совпадает с потребностями растений. В защищенном грунте ночью искусственно поддерживают температуру более низкую, чем днем.
Растениям в различные фазы развития требуются неодинаковые температуры. Во время набухания и прорастания семян для большинства овощных культур необходима температура 15—20°С, хотя многие из них (лук, корнеплоды, капуста и др.) начинают прорастать при температуре 3—5°С. После появления всходов температура должна быть ниже. В это время питательные вещества семени оказываются почти израсходованными, а корневая система еще слишком слаба и не обеспечивает нужного поступления воды и минеральных солей, необходимых для быстрорастущих растений. Снижение температуры в период всходов замедляет рост надземной части растений, но корни, требующие более низкой температуры, растут еще достаточно энергично. Когда образуется хорошо развитая корневая система, температура должна быть повышена до оптимальной, чтобы ускорить рост надземных органов и накопление органического вещества. Низкая температура в это время задерживает рост и развитие растений. Во время цветения и плодообразования потребность растений в тепле еще более возрастает. Однако чрезмерно высокие температуры, особенно в сочетании с низкой влажностью воздуха, вызывают у многих овощных растений потерю жизнеспособности пыльцы, что приводит к опадению цветков. Картофель и большинство двулетних овощей в период образования клубней, корнеплодов, кочанов нуждаются в умеренных температурах (18—20°С), так как при более высоких задерживается, а иногда и совсем прекращается рост продуктивных органов. В конце фазы созревания продуктивных частей двулетников и клубней и, особенно, в период зимнего хранения их, температура должна быть минимальной, чтобы сократить расход органических веществ на дыхание.
Требования овощных растений к теплу не одинаковы у различных видов и сортов и определяются их происхождением. По требовательности к теплу овощные растения подразделяются на пять групп:
1) наиболее морозоустойчивые и зимостойкие многолетние растения — ревень, спаржа, чеснок, некоторые виды лука, щавель и др.;
2) холодостойкие — двулетние капустные растения, корнеплоды, лук, зеленные растения (шпинат, салат). Растения этой группы легко переносят длительное понижение температуры до -1; -2°С и кратковременное снижение до -3, -5°С, а в отдельных случаях даже до -10°С. Прорастание семян холодостойких растений начинается при 3—5°С тепла; оптимальная температура для роста надземных органов 17—20°С;
3) растения, занимающие промежуточное место между холодостойкими и требовательными к теплу; к таким растениям относится, например, картофель; его надземная часть по отношению к теплу приближается к теплолюбивым растениям, но клубни наиболее интенсивно формируются при умеренной температуре 15—17°С;
4) требовательные к теплу растения: томат, баклажан, перец, фасоль, огурец. Оптимальная температура для их роста 20—30°С. При 40°С приход от ассимиляции становится уже меньшим, чем расход на дыхание. Следовательно, при высоких требованиях к теплу эти растения не отличаются жаростойкостью. При температуре ниже 10°С растения этой группы уже сильно страдают от недостатка тепла, а при температуре 3—5°С медленно отмирают. Заморозки 0, 5—1°С убивают растения. Однако отдельные сорта томата и других теплолюбивых растений отличаются значительной холодостойкостью;
5) жаростойкие растения: арбуз, дыня, тыква, кукуруза — отличаются от растений предыдущей группы тем, что максимум ассимиляции у них наступает при 30°С и идет достаточно интенсивно до 40°С.
В. М. Марков на основе обобщения научного и производственного опыта предложил простое выражение оптимальной температуры воздуха для овощных растений:
Топт = Тпасм ± 7°С
где Топт — оптимальная температура, которая в различные, фазы жизни растений отклоняется от оптимальной температуры в пасмурную погоду (Тпасм) не более чем на ±7°С. За пределами температурного оптимума (Тпасм ± 7°С) рост овощных растений замедляется, а при двойном отклонении (Тпасм ± 14°С) прекращается. Томат хорошо растет при оптимальной температуре 22±7°С: от 15°С ночью до 29°С в солнечную погоду. Ho при 22—14 = 8°С он не растет из-за недостатка тепла, а при 22+14 = 36°С все продукты ассимиляции расходуются на дыхание. Приведенному выше выражению для определения пределов температурного оптимума той или иной культуры в разных условиях и в разные периоды ее жизни нельзя придавать абсолютное значение, но для большинства случаев практики в умеренном поясе оно оправдывает себя.
Большое влияние на рост и развитие растений оказывает температура почвы. Охлаждение почвы в период вегетации ослабляет, а иногда даже прекращает всасывание воды корнями. В результате получается разрыв между поступлением воды из почвы и испарением ее листьями, растения привядают, и рост их останавливается. Рост корней происходит при меньшей температуре, чем надземной части, поэтому при ранневесенних посевах корневая система растет быстрее, чем надземная часть. Однако к отрицательным температурам корни более чувствительны, чем стебель и листья. Например, почки и листья капусты без вреда выносят температуру -3, -5°С, а корни ее гибнут. Замерзание почвы часто приводит к механическим повреждениям (разрыву) корней или выпиранию их из почвы. На росте и развитии растений отрицательно сказывается и чрезмерный перегрев почвы. Высокая се температура нарушает жизнедеятельность растений, а иногда приводит к ожогам плодов, соприкасающихся с нагретой почвой (например, при расстилочной культуре томата).
При возделывании овощных растений часто приходится сталкиваться как с неблагоприятными для них низкими, так и слишком высокими температурами приземных слоев воздуха. Теплолюбивые южные растения отмирают при низких положительных температурах из-за расстройства обмена веществ и нарушения физиологических процессов (фотосинтез, дыхание). Еще чаще наблюдается гибель растений от заморозков, когда замерзает вода в клетках и межклетниках растений и клетки обезвоживаются. Ho если замерзание было несильным и льда в межклетниках образовалось немного, то при постепенном повышении температуры и медленном оттаивании образующаяся вода может всосаться в клетки и растения не погибнут. При резком повышении температуры вода, получающаяся в большом количестве при быстром таянии льда, испаряется, не успев всосаться в клетки. В результате плазма растений обезвоживается и они погибают.
Чтобы повысить холодостойкость и морозоустойчивость, растения закаливают пониженными (но не ниже 0°С) температурами. Это замедляет рост растений, уменьшает расход сахаров на дыхание и способствует их накоплению в тканях. Изменяются и сами белки плазмы — увеличивается их водоудерживающая способность и устойчивость к свертыванию. Повышению морозоустойчивости способствует также внесение калийных и фосфорных удобрений, усиливающих концентрацию клеточного сока, а также более жесткий водный режим, несколько сокращающий содержание влаги в тканях растений.
При температурах выше 50°С белок свертывается и растения гибнут. Постепенное отмирание многих растений начинается уже при 40—45°С, что объясняется, по-видимому, нарушением некоторых биохимических процессов и образованием ядовитых веществ (токсинов), отравляющих плазму. Определенное значение, вероятно, имеет и то обстоятельство, что под влиянием высоких температур разрушается белково-липоидный комплекс поверхностного слоя плазмы. Клетки теряют осмотические свойства и отмирают. Защитой растений от перегрева служит усиленная транспирация, уменьшающая нагревание листьев и накопление в клеточном соке солей, что повышает температурный порог свертывания белка.
Требования растений к теплу до некоторой степени определяют районы их возделывания. В центральных и северных районах нашей страны преобладают холодостойкие, нетребовательные к теплу овощи. В южных районах распространены теплолюбивые южные растения. Однако признак географического происхождения сейчас уже не решает вопроса о месте возделывания овощных растений. Наукой и практикой разработаны способы_защиты растений от неблагоприятных температурных условий, позволяющие возделывать их в самых различных климатических зонах. Достигается это, с одной стороны, изменением природы растений — их требований к теплу, с другой — применением различных средств защиты от неблагоприятных условий.
Например, методами гибридизации селекционеры создают морозостойкие сорта картофеля. Во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур выведены сорта томата с повышенной холодостойкостью и практически доказана возможность создания заморозкоустойчивых сортов этой культуры, выдерживающих кратковременные понижения температуры до -3°С. Путем селекционного отбора можно повысить и жаростойкость растений. Известно, например, что полученные таким путем сорта капусты южного происхождения (Ликуришка, Ташкентская 10), переносят жару лучше, чем сорта северные.
Требования к температуре могут меняться в зависимости от условий выращивания. Так, семена томата, подвергшиеся промораживанию, прорастают при более низкой температуре, чем обычные. Известно, что томат, посеянный в грунт, более холодостоек, чем выращенный рассадой. Рассада, подвергшаяся воздействию низких температур (закаливанию) отличается значительно большей холодостойкостью, чем незакаленная.
Защита растений от действия неблагоприятных высоких или, наоборот, низких температур достигается прежде всего выбором правильных сроков сева и посадки. Нетребовательные к теплу холодостойкие растения высевают ранней весной, а морозоустойчивые — даже с осени, тогда как теплолюбивые культуры можно сеять лишь в прогретую почву, по окончании заморозков. Растения, страдающие на юге от высоких температур (капуста, картофель), высаживают весной в возможно более ранние сроки, чтобы вегетация их заканчивалась до наступления высоких летних температур, или, наоборот, во вторую половину лета с целью сдвинуть плодообразование на прохладные осенние месяцы.
Температурный режим растений в поле можно изменить с помощью различных приемов агротехники. Известно, что южные склоны холмов прогреваются сильнее, чем северные, и растения на них меньше страдают от заморозков; гребни прогреваются сильнее, чем ровная поверхность, а южные откосы гребней сильнее, чем северные. Поэтому ранневесенние посадки и посевы теплолюбивых растений лучше располагать на южных склонах и по южным сторонам гряд. Растения, страдающие от высоких температур, наоборот, высевают по северным склонам. От холодных и горячих метров и заморозков хорошим средством защиты являются поле-защитные лесные полосы и кулисные посевы. При осенних посевax и посадках растения от зимних холодов укрывают перегноем или землей.
Заметное влияние на температуру оказывает мульчирование почвы навозом, соломой, торфом, бумагой, синтетической пленкой и др. Темная мульча повышает температуру почвы и применяется при ранних весенних посевах и выращивании теплолюбивых растений. Светлая мульча (солома и др.), наоборот, предохраняет почву от перегрева и может быть полезна при выращивании растений, страдающих от высоких температур. Температуру почвы можно изменять, окрашивая ее поверхность в темный или белый цвет.
Большое влияние на температуру почвы и воздуха среди растений оказывает густота посадки. Загущенная посадка, создавая затенение, снижает температуру почвы, разреженная способствует более сильному ее прогреванию. Заметно (на 3—3, 5°С) снижают температуру и увеличивают влажность воздуха учащенные — через каждые 4—5 дней — поливы овощных растений. Совместное же применение загущенной посадки и учащенных поливов, как показали опыты кафедры овощеводства ТашСХИ позволяют снизить температуру почвы (на глубине 10 см) на 5—6°С. При заморозках поливы служат, наоборот, средством повышения температуры; особенно эффективно в этом случае дождевание и обработка пенообразователями.
Температурный режим растений в защищенном грунте регулируется по требованию в широких пределах. Для этого служат системы отопления и вентиляции, притенения и другие.
