Jaké podmínky jsou nezbytné pro život rostlin a z čeho jsou vytvořeny?

Rostliny vyžadují k životu určité podmínky prostředí. Mezi hlavní patří sluneční záření, teplo, voda, živiny z půdy, oxid uhličitý a kyslík ze vzduchu. Ovlivňují všechny fyziologické procesy probíhající v rostlinných pletivech.

Fotosyntéza a dýchání

Fotosyntéza – nejdůležitější životní funkce zelených rostlin, jejímž výsledkem je primární syntéza organické hmoty. K provedení fotosyntézy je nutný současný příliv světla, tepla, vody, oxidu uhličitého ze vzduchu a živin z půdy (minerální výživné prvky). Podstatou fotosyntézy je, že vlivem sluneční energie absorbované chloroplasty listů a dalších zelených orgánů rostlin dochází k rozkladu vody (fotolýza vody). V tomto případě vzniká volný kyslík, který se uvolňuje do okolí a vodík se váže na oxid uhličitý, redukuje ho a v důsledku toho vznikají organické látky: sacharidy, bílkoviny, kyseliny, vitamíny, fytohormony atd. Fotosyntéza je komplexní vícestupňový proces, který probíhá za účasti mnoha enzymů. Má světlé a tmavé fáze. Světelná fáze probíhá pouze ve světle.

Současně s tvorbou organické hmoty v rostlinách dochází k opačnému procesu – dech. Dýchání je doprovázeno spotřebou organické hmoty s uvolňováním energie chemických vazeb v ní obsažených, která je nezbytná pro to, aby rostliny absorbovaly vodu z půdy spolu s živinami v ní rozpuštěnými a dodávaly je listům, pro realizaci růstové procesy a mnoho dalších životně důležitých funkcí. Když rostlinné orgány dýchají, absorbují kyslík a uvolňují oxid uhličitý.

U produktivních plodin pohlcují listy rostlin až 80–85 % fotosynteticky aktivních paprsků o vlnové délce 380–710 nm (0,38–0,71 mikronů). Tato část slunečního spektra se nazývá fotosynteticky aktivní záření. Paprsky dobře pohlcuje zelený pigment chloroplastů – chlorofyl a jsou energetickým základem fotosyntézy. Ne více než 1,5 – 3 % absorbované energie PAR se však spotřebuje na fotosyntézu. Fotosyntéza u rostlin začíná při velmi slabém osvětlení, pak se zvyšuje a u mnoha zemědělských plodin dosahuje maximální hodnoty při osvětlení asi třetiny až poloviny celkového slunečního záření (plné – asi 100 tisíc luxů v červnu – červenci). V podmínkách silného zastínění, stejně jako v ranních a večerních hodinách, dochází k vyrovnání intenzity fotosyntézy a dýchání rostlin (bod kompenzace světla). Bod kompenzace světla u rostlin odolných vůči stínu je přibližně 1 % celkového světla, u rostlin milujících světlo je to asi 3 – 5 % celkového slunečního záření. S dalším poklesem osvětlení převyšuje dýchání fotosyntézu, organická hmota se nehromadí, ale spotřebovává se. To je pozorováno u příliš zahuštěných a ucpaných plodin. Množství (intenzita) a kvalita (spektrální složení) světla, délka fotoperiody (délka dne) ovlivňují nejen fotosyntézu, ale i rychlost růstu a vývoje rostlin, zkracují nebo prodlužují dobu od výsevu do květu a sklizně. . Světelné podmínky v plodinách lze regulovat termíny setí, hustotou rostlin, složením travních směsí a další agrotechnikou.

Pro začátek fotosyntézy je minimální teplota pro většinu zemědělských plodin 0 – 5 °C, i když u některých rostlin severních zeměpisných šířek probíhá fotosyntéza při nižších teplotách (borovice a smrk při -15 °C). Nejpříznivější neboli optimální teplota, při které intenzita fotosyntézy dosahuje maximální úrovně, se u různých skupin rostlin pohybuje mezi 20 a 30 °C. Další zvýšení teploty snižuje intenzitu fotosyntézy a při 40 – 45 °C se úplně zastaví.

Na rozdíl od fotosyntézy dochází téměř u všech rostlin k dýchání při záporných teplotách. U většiny rostlin je dolní teplotní limit pro dýchání přibližně -10 °C. V přezimujících částech rostlin, jako jsou pupeny stromů, jehličí borovice a smrku, je patrné dýchání i při -20, -30 °C. Maximální intenzita dýchání je u většiny rostlinných druhů ve středních zeměpisných šířkách pozorována při 35 – 40 °C, tzn. o 5-10 °C vyšší než při fotosyntéze. Maximální (mezní) teploty pro dýchání (45 – 55 °C) jsou dány schopností rostlinných bílkovin denaturovat.

Postoj rostlin k teplu

Příliv teplo nezbytné pro bobtnání a klíčení semen, tvorbu sazenic, vstřebávání vody a živin rostlinami, růst, tvorbu orgánů a průchod všemi vývojovými stádii. Teplota prostředí má proto velký vliv na všechny aspekty života rostlin.

Ve vztahu k teplu se všechny zemědělské rostliny dělí na dvě hlavní skupiny: rostliny mírného pásma a teplomilné rostliny jižních šířek. Rostliny první skupiny, historicky vzniklé v mírném podnebí (hořčice, hrách, pšenice, žito, ječmen, oves, len aj.), se vyznačují nízkou potřebou tepla. Jejich semena klíčí při teplotách od 1 do 5 °C a kvetení a dozrávání je možné při průměrné teplotě 10-12 °C. Tyto rostliny jsou mrazuvzdorné: sazenice snesou mrazy až -6 -10 °C. Zimní formy jsou ještě odolnější vůči chladu. Většina rostlin první skupiny patří mezi tzv. dlouhodenní rostliny, které při pohybu na sever urychlují svůj vývoj (optimální délka dne je 15-17 hodin).

Teplomilnější rostliny jižních zeměpisných šířek (rýže, kukuřice, fazole, proso, bavlník, vodní melouny, melouny, okurky aj.) jsou náročnější na teplo. Aby jejich semena vyklíčila, potřebují teplotu 8 – 15 °C, pro kvetení 15 – 20 °C. Tyto rostliny, vzniklé v tropickém nebo subtropickém klimatu, nejsou odolné vůči nízkým teplotám. Pouze některé z nich (kukuřice, proso) vydrží krátkodobé mrazy do -2-3°C, zatímco většina prakticky nesnese záporné teploty. Zároveň jsou vysoce tepelně odolné. Většina rostlin jižních zeměpisných šířek jsou rostliny krátkého dne, urychlující vývoj při pohybu ze severu na jih (optimální délka dne je 12-14 hodin).

Zemědělské rostliny a jejich odrůdy pěstované v Rusku jsou velmi rozmanité z hlediska délky vegetačního období a nároků na teplo. Na severu se pěstují raně zrající odrůdy ječmene, ovsa, hrachu, tuřínu a dalších plodin, které dozrávají za 60 – 70 dní. Potřeba tepla vyjádřená jako součet aktivních teplot (průměrné denní teploty nad 10 °C) během vegetačního období nepřesahuje u těchto rostlin 1000 °C. U jarní a ozimé pšenice, v závislosti na raném zrání odrůdy, je toto číslo 1300-1700 °C, pro kukuřici – 2100-2900 °C, pro len – 900-1300 °C, pro slunečnici – 1600-2300 °C , brambory – 1200- 1800 °C.

Vodní režim rostlin

V životě rostlin má velký význam vody. Její role je velmi různorodá. V první řadě je nezbytný pro fotosyntézu. Nasycení rostlinných pletiv vodou je nepostradatelnou podmínkou pro normální fungování rostlin. Všechny růstové jevy jsou neoddělitelně spjaty s vodou. Dormantní semena vykazují první známky života, když se obsah vody zvýší z 10-14% na 20-25% jejich hmoty. Pro úplné nabobtnání a vyklíčení semen je zapotřebí ještě více vlhkosti (u semen cukrové řepy – 120 % jejich hmotnosti). Podíl vody použité k vytvoření organické hmoty je však menší než 1 % z množství vlhkosti spotřebované rostlinami. Asi 9 % vody absorbované kořenovým systémem je nutných pro asimilaci tzv. popelových živin, protože spolu s vodou přijímají rostliny z půdy v ní rozpuštěné živiny: dusík, fosfor, draslík, síru atd. Zbytek vody (90 %) se odpaří z povrchu rostlin, aby se ochlazovala pletiva a udržela teplota rostlin nezbytná pro život. Tento proces se nazývá transpirace a množství vody spotřebované rostlinami k vytvoření jednotky suché organické hmoty plodiny je transpirační koeficient. Je to poměr hmotnosti vody spotřebované rostlinami k hmotnosti sušiny plodiny.

Transpirační koeficient se u různých plodin liší. Proso, čirok a kukuřice používají vodu šetrně k vytvoření suché organické hmoty. Průměrný transpirační koeficient pro tuto skupinu rostlin je 200-300.

Největší množství vody spotřebují rostliny jako rýže, bavlník, melouny a zejména vytrvalé trávy. Celkové množství vody spotřebované zemědělskými rostlinami během vegetačního období je 2-4 tisíce tun i více na 1 hektar.

Mezi četnými a rozmanitými zemědělskými rostlinami existují druhy a odrůdy, které jsou vysoce odolné vůči suchu. Tato schopnost je dána mnoha charakteristikami a vlastnostmi rostlin. Důležitý je zejména jejich mohutný kořenový systém, který dokáže proniknout do půdy do velké hloubky a lépe tak využít půdní vlhkost. Suchovzdorné rostliny se vyznačují speciální strukturou krycích pletiv (voskový povlak, kutikula atd.), které chrání před nadměrným odpařováním vlhkosti. Mezi rostliny nejvíce odolné vůči suchu patří čirok, proso, částečně kukuřice, cizrna, cizrna a slunečnice, cukrová řepa, melouny, vojtěška žlutá, pšeničná tráva aj.

Minerální výživa rostlin

K budování organické hmoty a provádění všech životně důležitých funkcí rostliny absorbují látky, které potřebují z prostředí – baterie.

Abychom získali jasnější představu o tom, jaké látky rostliny potřebují, měli bychom zvážit jejich chemické složení. Jak již bylo uvedeno, sukulentní vegetativní orgány rostlin (listy, stonky, stejně jako květy, plody a mladé kořeny) obsahují 80 – 90 % vody. Suché látky tvoří v průměru 10-20 % jejich hmoty. Chemické složení sušiny u určitých rostlin v různých obdobích jejich vývoje není stejné. V průměru má hlavní organická hmota následující složení (v % sušiny): uhlík – 45, kyslík – 42, vodík – 6,5 a dusík – 1,5. Podíl popela (zbytků po spalování) prvků tvoří v průměru 5 %. Popel obsahuje téměř všechny prvky, které se nacházejí v půdě, i ty nejvzácnější, ale ne všechny rostliny potřebují. Rostliny absorbují všechny potřebné látky z prostředí: vzduchu a půdy. Proto se rozlišuje vzdušná a půdní (resp. kořenová) výživa rostlin.

Napájení vzduchem rostliny je absorpce oxidu uhličitého ze vzduchu listy a jinými zelenými částmi rostlin za vzniku organické hmoty během fotosyntézy. Průměrný obsah oxidu uhličitého ve vzduchu je obvykle asi 0,03 % (objemového). V přízemní vrstvě ho může být více. Zvýšení obsahu oxidu uhličitého v přízemní vrstvě vzduchu na poli nebo ve sklenících různými metodami (především aplikace organických hnojiv) na 0,3 – 0,5 % podporuje fotosyntézu rostlin a výrazně zvyšuje jejich výnos.

S kořenovou výživou Rostliny přijímají vodu a všechny potřebné prvky minerální výživy z půdy pomocí kořenového systému. Z vody, která je zdrojem vodíku, ale i oxidu uhličitého ze vzduchu, vytvářejí rostliny sacharidy (cukr, škrob a vlákninu), které tvoří až 90 % veškeré suché organické hmoty rostlin. K tvorbě bílkovin potřebují rostliny také dusík, síru a fosfor. Draslík, vápník, hořčík a železo také hrají důležitou roli v metabolismu rostlin. V menším množství se vstřebává mangan, bór, zinek, měď, molybden, jód, kobalt, kterým se běžně říká mikroprvky. Nedostatek alespoň jedné z živin v půdě prudce narušuje růst a vývoj rostlin a snižuje jejich produktivitu. Při absenci některého z těchto prvků mohou rostliny zemřít.

Intenzita absorpce vody kořeny s rozpuštěnými minerály je dána sací silou. Sací síla (rozdíl mezi osmotickým a turgorovým tlakem) vzniká tím, že koncentrace látek buněčné mízy v kořenových pletivech je obvykle vyšší než koncentrace půdního roztoku. Pohyb roztoků uvnitř kořenových tkání z jedné buňky do druhé je také spojen s rozdílem v jejich sací síle (jejich vodním potenciálu). V centrálním válci kořene vstupují půdní roztoky do xylémových cév.

V procesu evoluce si zelené rostliny vyvinuly různé úpravy, které pomáhají uspokojit jejich potřeby v životních podmínkách, které potřebují. Aby bylo možné co nejlépe využít sluneční energii, rostliny vyvinou obrovský povrch zelených listů, několikrát větší než plocha, kterou zabírají samotné rostliny. Například listová plocha jedné rostliny jarní pšenice je 50 – 70 cm2, kukuřice a slunečnice – 5 – 8 tisíc cm2 a dýně – až 200 tisíc cm2. Celková plocha listů většiny zemědělských rostlin na 1 hektar je 3-5 hektarů.

Kořeny zemědělských rostlin pronikají do půdy do velkých hloubek (pšenice, žito a další obilniny – do 100-120 cm, slunečnice – do 245 cm, cukrová řepa – do 250 cm a dýně – více než 3 m) a silně se větví do stran. Celková délka kořenů se všemi jejich větvemi se měří ve stovkách metrů a u tak velkých rostlin, jako je dýně – kilometry. K tomu je třeba dodat, že sací plocha kořínků se mnohonásobně zvětšuje vývojem kořenových vlásků. Při vývoji půdního profilu, pěstování kořenů a vytváření kořenů a hlíz vynakládají rostliny značné množství energie. Zemědělec je může snížit pomocí agrotechniky a zlepšit agrofyzikální vlastnosti půdy.

Vysoké výnosy zemědělských plodin ve výrobě se dosahují při příznivé kombinaci faktorů prostředí nezbytných pro normální růst a vývoj rostlin (světlo, voda, minerální výživa atd.). Výsledná sklizeň přitom musí být kvalitní. Základem veškeré zemědělské techniky by měla být starost o kvalitu produktů spolu se snahou o zvýšení výnosu každé plodiny, zachování ekologické rovnováhy v přírodě a úrodnosti půdy.

Agronomie: učebnice. manuál pro ekologické instituce. prof. vzdělávání / N. N. Treťjakov, B. A. Yagodin, A. M. Tulikov a další; Ed. N. N. Treťjaková. – M.: Ediční středisko “Akademie”, 2004. – 480 s. S. 7-26.

Půda je homogenní systém sestávající ze tří fází: pevné, kapalné a plynné.

Pevná fáze se skládá z minerálních a organických částí a představuje kostru půdy. Zahrnuje pevné částice, mezi kterými jsou volné dutiny – póry naplněné vodou nebo vzduchem.

Poměr pevné, kapalné a plynné fáze určuje zásobení rostlin pozemskými životními faktory. Pro různé typy půdy je různá a její změna umožňuje regulovat životní podmínky rostlin. Za optimální poměr se považuje poměr 2:1:1, to znamená pevná fáze – 50%, kapalná a plynná – 25%.

Vytváření a udržování optimálního poměru objemů půdní fáze je dosahováno řadou technik kultivace půdy, rekultivací a hnojením, čímž se zlepšuje vodní, tepelný, vzdušný a živinový režim, čímž se vytvářejí příznivé podmínky pro růst a vývoj rostlin.

Srovnávací objemy půdních složek v orné vrstvě

Požadavky rostlin na světlo

Světelnou energii využívají rostliny k fotosyntéze, její množství omezuje rychlost procesu. Intenzita a spektrální složení světla ovlivňují růst a vývoj rostlin. Nedostatek vede ke zpomalení fotosyntetických procesů, což vede k hladovění, zastavení růstu a smrti rostlin. Přebytek světelné energie vede k depresím a popáleninám.

Rostliny přijímají světelnou energii ze Slunce v některých případech se používá umělé osvětlení např. při osvětlení sazenic, ve sklenících apod.

Sluneční záření zahrnuje ultrafialové spektrum, které má baktericidní účinek na mikroorganismy.

Tepelné nároky rostlin

Jak poznamenal K.A. Timiryazev, teplotní faktor hraje vedoucí roli v životě rostlin. Zemědělská věda nyní nashromáždila dostatek informací o tepelné potřebě plodin.

Konvenční jednotkou pro měření množství tepla je součet aktivních teplot, tedy více než 10 °C, během vegetačního období. Potřeba tepla rostlin se liší v závislosti na druhu a odrůdě a také na vegetačním období.

Stanovení potřeby tepla umožňuje posoudit podmínky pro pěstování plodin v konkrétní oblasti. Zásobování teplem je zvláště důležité při klíčení semen. Znalost těchto faktorů nám proto umožňuje určit přesné načasování setí, vybudovat systém kultivace půdy a vyhlazovací opatření pro boj s plevelem.

Požadavky na teplo určují odolnost rostlin proti mrazu, zimovacím podmínkám a tepelnou odolnost.

Požadavky na vlhkost rostlin

Voda je klíčovým faktorem v životě rostlin. Bez něj se růstové procesy v semenech nezačnou, podílí se na syntéze organických látek, je prostředím pro přeměnu živin a biochemické reakce.

Optimální vlhkost půdy v kořenové vrstvě, která poskytuje nejlepší podmínky pro růst, se pohybuje v rozmezí 65-90 % nejnižší vláhové kapacity.

Transpirační koeficient je množství vody spotřebované rostlinou k vytvoření jednotky sušiny. Je to jeden z ukazatelů spotřeby vlhkosti.

Požadavky na vlhkost se mohou lišit v závislosti na fázích vývoje rostliny. Kritická růstová fáze je vývojová fáze, ve které je spotřeba vlhkosti maximální.

Celková spotřeba vody je množství vody spotřebované rostlinami na 1 hektar, vyjádřené v m3 nebo mm.

Koeficient spotřeby vody je spotřeba vody rostlinami k vytvoření 1 tuny plodiny. Je to důležité při výpočtu možného výnosu.

Výživové požadavky rostlin

Rostliny pro svůj růst, vývoj a tvorbu plodin využívají organické a minerální látky, které se při fotosyntéze přeměňují na složité organické sloučeniny.

Rostliny ve svém elementárním složení obsahují uhlík, kyslík, vodík, dusík a mnoho dalších prvků. Podíl uhlíku, kyslíku a vodíku celkem tvoří 94 % sušiny, elementárně: podíl uhlíku 45 %, kyslíku 42 %, vodíku 7 %. Zbývajících 6 % sušiny tvoří dusík a minerální prvky.

Hlavní živinou je oxid uhličitý CO2. Každý rok rostliny absorbují asi 20 miliard tun uhlíku z atmosférického vzduchu.

Dnes bylo nashromážděno mnoho poznatků o výživě rostlin. Téměř všechny chemické prvky byly nalezeny v různých částech rostlin, byla prokázána účast 27 prvků v biochemických procesech, z nichž 15 je nezbytných pro růst a vývoj.

Člověk v důsledku používání hnojiv, zemědělských technologií, meliorací, různých typů a odrůd má významný vliv na složení a procesy půdy.

V extenzivním hospodaření byla jediným zdrojem minerálů pro rostliny jejich přirozená zásoba v půdě. Když se přirozená úrodnost vyčerpala, lidé vyloučili tyto půdy z obdělávání a vyvinuli nové. Opuštěné oblasti obnovovaly svou úrodnost přírodními procesy na dlouhou dobu. Nejvýraznějším příkladem tohoto přístupu jsou systémy přesouvání a ladem.

V systémech intenzivního hospodaření hraje důležitou roli transformační schopnost půdy, tedy schopnost zásobovat rostliny živinami a vodou přiváděnou zvenčí. Tato schopnost však v podmínkách moderního intenzivního zemědělství nestačí. Kromě toho jsou na půdu kladeny zvýšené požadavky na fytosanitární stav a agrotechnologické vlastnosti. V důsledku toho je nutné zlepšit celý komplex půdních vlastností využitím nejmodernějších technologií pro rozšířenou reprodukci úrodnosti. Schopnost vyřešit tento problém je vlastní povaze půdy samotné jako obnovitelného zdroje. Nesprávné využití půdy však může vést ke ztrátě úrodnosti.

Regulace faktorů života rostlin

Díky nashromážděným zkušenostem s pěstováním kulturních rostlin se člověk naučil regulovat přísun životních faktorů prostřednictvím zemědělské techniky. Rostliny mají také schopnost ovlivňovat podmínky růstu, a to jak prostřednictvím fyziologických procesů, tak působením na vnější prostředí. Například odumřelé části rostlin hromadí v půdě organickou hmotu, která mění vodní, živné a další půdní režimy.

Hlavním úkolem zemědělství je vytvářet rostlinám optimální životní podmínky regulací množství přicházejícího tepla, světla, živin a vody. K vyřešení těchto problémů byly vyvinuty nebo se vyvíjejí zemědělské techniky a také se provádí výzkum zaměřený na studium potřeb rostlin, které do značné míry závisí na mnoha různých podmínkách.

Vytvoření optimálních podmínek pro růst a vývoj rostlin je spojeno s:

• se změnami fyzikálních, chemických a biologických vlastností půdy;
• přítomnost dostatečného množství živin ve formě přístupné rostlinám;
• intenzita procesů přeměny živin z těžko dostupných forem do forem snadno dostupných rostlinám, tedy procesy mobilizace a imobilizace.

Regulace kosmických faktorů rostlinného života v zemědělství je velmi obtížná, ale není to neřešitelný úkol. Pozemské faktory lze naopak regulovat a vytvářet optimální podmínky pro vývoj rostlin.

Kosmické faktory, jako globálnější, jsou určeny přísunem světelné energie ze Slunce, částečně přeměněné na teplo. Právě to rozhodujícím způsobem určuje klimatické a zonální charakteristiky oblasti, které určují možnosti růstu určitých druhů rostlin. Klima je navíc jedním z faktorů tvorby půdy, to znamená, že nepřímo ovlivňuje růst rostlin. Půdní a klimatické podmínky určují specializaci zemědělství, místní charakter výroby, to znamená skladbu zemědělských plodin, které svými biologickými vlastnostmi nejlépe vyhovují podmínkám a zajišťují vysoké, stabilní výnosy požadované kvality.