Вячеслав Котов, Наталья Адрицкая, Татьяна Завьялова

Биологические основы получения высоких урожаев овощных культур

Введение

Овощеводство — это отрасль сельского хозяйства и наука. Как отрасль сельского хозяйства овощеводство занимается возделыванием овощных растений, сочные органы которых (корнеплоды, корни, клубни, листья, стебли, цветки, плоды, луковицы) употребляются человеком в пищу.

В отличие от продуктов животного происхождения, они относятся к низкокалорийным источникам питания.

В дневном рационе населения России по объему потребления овощи стоят на четвертом месте после картофеля, хлеба и молочной продукции. Однако они являются важным источником витаминов и относятся к биологически ценным продуктам. Природно-климатические условия России и накопленный опыт позволяют выращивать широкий набор культур.

Овощи являются важнейшим сырьем для консервной промышленности, в которой широко применяются перец, огурец, горох сахарный, кукуруза и др. Для сушки используют капусту, свеклу, морковь, лук. Техническая переработка — квашение капусты, соление огурцов и томатов не вызывает значительных потерь витаминов и солей.

Овощеводство существенно отличается от других отраслей растениеводства. Овощные растения выращивают как в открытом, так и в защищенном грунте (теплицы, парники, утепленный грунт). В зимних теплицах можно управлять всеми факторами жизни растений и получать урожай равномерно в течение всего года.

В овощеводстве в широких масштабах применяют рассадный метод производства овощных культур, что позволяет получать более ранние урожаи и выращивать в условиях короткого лета растения с продолжительным вегетационным периодом.

Овощеводство — отрасль с повышенной интенсивностью производства, что выражается в применении большого количества удобрений, выращивании растений в орошаемых условиях, даже в районах достаточного увлажнения, широком использовании тепловой и электрической энергии, а также в интенсивном использовании земли путем получения с одной и той же площади в течение года нескольких урожаев.

В основе получения высоких урожаев овощей должно быть глубокое знание биологических особенностей растений и использование их в практическом овощеводстве. Эти знания позволят сознательно управлять ростом и развитием овощных растений в нужном направлении.

1. Пищевое и лечебное значение овощей

Овощам принадлежит огромная роль в питании человека. Они обладают пищевыми, профилактическими и лечебными свойствами. Человек должен ежедневно употреблять не менее 400–500 г овощей, которые могут удовлетворить на 20–35 % потребность в белках, 70–80 % — в углеводах, 70–90 % — в минеральных солях, микроэлементах и витаминах.

Овощи — низкокалорийные источники питания, имеющие невысокую энергетическую ценность. Калорийность распространенных овощей приближается к 250–400 ккал в 100 г продукта. Они относятся к диетическим продуктам и способствуют улучшению вкусовых свойств пищи, перевариваемости и усвояемости ее составных частей — белков, жиров и углеводов. Их целесообразно использовать в диетах при лечении ожирения, избыточной массы тела и заболеваний, обусловленных малоподвижностью и низкой физической нагрузкой.

О важном значении овощей в питании указывалось еще в «Изборнике Святослава», изданном в 1073 г. в Древнем Киеве. Тогда считалось, что «сила в овощах — великая».

Содержание сухих веществ в овощах невысокое и составляет в салате, плодах огурца и кабачка — 4–6 %, в кочанах капусты, головках цветной капусты, в корнеплодах репы, редьки, брюквы, моркови, плодах тыквы, в листьях щавеля, в луке — 10–14 %, в корнеплодах свеклы, плодах бобовых культур — 11–20 %, в овощной кукурузе и чесноке — 25–35 %.

В воде, содержащейся в овощах в пределах от 65 до 95 % массы, растворены и находятся в легкоусвояемой форме многие минеральные элементы, главным образом щелочного характера, необходимые для нормальной жизнедеятельности человека. Вода, поступающая с овощами, в организме долго не задерживается. Она способствует выведению различных шлаков, продуктов обмена веществ и вредных химических соединений.

Овощи являются ценными продуктами питания благодаря содержанию в них большого количества разнообразных витаминов, играющих важную роль в физиологических процессах и являющихся активными регуляторами обмена веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма человека, его роста и развития, повышения сопротивляемости к различным неблагоприятным факторам окружающей среды. Недостаток витаминов вызывает тяжелые расстройства организма, так называемые авитаминозы (рис. 1). Витамины нельзя заменить никакими другими компонентами пищи.

Рис. 1. Процент населения с острым дефицитом необходимых витаминов и минеральных веществ

Овощи содержат почти все витамины, но наиболее часто в них встречаются водорастворимые — В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), В3 (пантотеновая кислота), В6 (пиридоксин), В9 (фолиевая кислота, фолацин), С (аскорбиновая кислота), Р (биофлавоноиды), РР (никотиновая кислота), Н (биотин), N (липоевая кислота); жирорастворимые — Е (токоферол), K (филлохинон), каротин (провитамин А). Много в них и витаминоподобных веществ — U, В4 (холин), В8 (инозит), Вх (парааминобензойная кислота).

Физиологическая и лечебная роль витаминов разнообразна.

Витамин В1 регулирует углеводный обмен, синтез белков и жиров, работу сердечно сосудистой системы, улучшает умственную и физическую деятельность человека, повышает сопротивляемость организма инфекциям и неблагоприятным факторам внешней среды. Суточная потребность в витамине В1 — 1,3–2,6 мг. Наиболее богаты им зеленый горошек, фасоль, спаржа, щавель, шпинат, картофель, капуста цветная, артишок.

Витамин В2 играет важную роль в белковом, углеводном и жировом обмене, необходим в период роста и регулирует уровень сахара и азота в крови. Рибофлавин оказывает положительное действие на состояние центральной нерв ной системы, кожи и слизистых оболочек, благотворно влияет на сетчатку глаза. Суточная потребность от 1,5 до 3 мг. Наибольшее количество витамина В2 содержится в капусте брюссельской, цветной и брокколи, спарже, шпинате, моркови, салате, фасоли, горохе.

Витамин В3 входит в состав ферментов, обеспечивающих обмен белков, жиров, углеводов, а также образование холестерина. Пантотеновая кислота оказывает регулирующее влияние на нервную систему и двигательную функцию кишечника. Потребность в витамине В3 — 5–10 мг в сутки. Особенно богаты им зеленый горошек, пастернак, укроп, цветная капуста, корневой сельдерей, тыква.

Витамин В6 важен для нормализации процессов обмена белков и жиров, повышения устойчивости к инфекционным заболеваниям, улучшения работы нервной и эндокринной системы, кроветворения. Суточная потребность в нем составляет 2–3 мг в сутки. Витамина В6 довольно много в большинстве овощей, особенно в картофеле, луке порее, перце сладком, хрене, брюкве, капусте брюссельской, цветной и брокколи.

Витамин В9 стимулирует и регулирует кроветворение, предупреждает развитие атеросклероза, улучшает белковый и жировой обмен. Фолиевая кислота необходима для нормальной деятельности кроветворной и пищеварительной системы человека. Суточная потребность — 0,2–0,4 мг. Фолиевая кислота содержится практически во всех овощах, но особенно ею богаты листовые овощи — все капусты, листья петрушки, шпината, сельдерея, салат, зеленый лук.

Витамин C (аскорбиновая кислота) один из наиболее важных в питании человека. Участвует в синтезе всех ферментов и в окислительно-восстановительных процессах, тканевом дыхании, образовании нуклеиновых кислот, обмене аминокислот, синтезе белка. Он влияет на деятельность сердечно сосудистой системы, нормализует обмен углеводов, снижает содержание холестерина в крови, обладает антиоксидантными свойствами, тормозит развитие атеросклероза, повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, принимает участие в кроветворении, повышает сопротивляемость к инфекционным заболеваниям. Весьма значительна его роль в создании веществ, используемых организмом для образования соединительной и костной ткани. Человек ежесуточно должен употреблять с пищей 70–100 мг витамина С. Особенно высокое содержание аскорбиновой кислоты в перце, томате, листовой петрушке, укропе, шпинате, капусте брюссельской и брокколи.

Витамин P составляет группу биологически активных веществ — рутин, катехин, гесперидин, влияющих на пищеварение и деятельность кровеносной системы. Установлена тесная связь биологического взаимодействия витаминов С и Р. Основная роль биофлавоноидов состоит в их капилляроукрепляющем действии и снижении проницаемости стенок сосудов. Суточная потребность — 35–50 мг. Особенно много витамина Р в листьях петрушки, сельдерея, укропа, щавеля, в моркови, свекле, капусте.

Витамин Е — антиоксидант, препятствует накоплению в организме вредных продуктов, предупреждает старение организма. Оказывает влияние на белковый, углеводный и жировой обмены. Он влияет на функцию половых и эндокринных желез и стимулирует деятельность мышц. Суточная потребность — 12–14 мг. Основной источник витамина Е — растительные масла, но небольшое его количество содержится в зеленом горошке, шпинате, луке порее, моркови, сельдерее, листьях зеленого лука, в капусте брюссельской и цветной.

Витамин РР активизирует углеводный и нормализует холестериновый обмен, улучшает использование растительных белков пищи. Участвует в окислительно-восстановительных процессах, регулирует высшую нервную деятельность, функции органов пищеварения и кожных покровов. Положительно влияет на сердечно сосудистую систему, обладая сосудорасширяющими свойствами. Суточная потребность составляет 15–20 мг. Наиболее богаты им зеленый горошек, петрушка, чеснок, спаржа, перец, капуста, картофель, морковь.

Витамин Н оказывает регулирующее воздействие на нервную систему человека, состояние кожных покровов и участвует в обмене углеводов, аминокислот и жиров. Суточная потребность в этом витамине составляет 0,15–0,3 мг. Содержится биотин в цветной капусте, фасоли, зеленом горошке, картофеле, зеленом луке.

Витамин N участвует в жировом, углеводном и белковом обменах, окислительно-восстановительных реакциях, предупреждает ожирение печени и обладает антиоксидантными свойствами. Суточная потребность в липоевой кислоте составляет 1–2 мг. Содержится она во всех овощах, но особенно богаты ею капуста и листовые овощи.

Витамин K регулирует процесс свертывания крови, повышает устойчивость стенок сосудов, а также участвует во внутриклеточном обмене веществ и способствует перевариванию пищи. Суточная потребность в нем 0,2–0,3 мг. Основным источником витамина K, который хорошо сохраняется при кулинарной обработке, являются капуста цветная, брокколи, краснокочанная и белокочанная, шпинат, тыква, томат, картофель, зеленый горошек.

Каротин (провитамин А) влияет на дыхание и энергетический обмен в тканях, обмен углеводов, нуклеиновых кислот, белков, холестерина, липидов, фосфолипидов. Стимулирует рост и развитие организма человека, повышает сопротивляемость к инфекционным и простудным заболеваниям, улучшает зрение. Он регулирует обменные процессы в коже, пищеварительных и мочевыводящих путях. Суточная потребность — 5–6 мг. Наибольшее количество каротина содержится в листовых овощах и овощах оранжевого, желтого и красного цвета (морковь, томат, перец, тыква, спаржа, салат, шпинат, артишок, арбуз, свекла).

Витамин U относится к витаминоподобным веществам. Нормализует пищеварение, ускоряет заживление язвы желудка, обладает антисклеротическим действием. Суточная потребность около 50 мг. Особенно много витамина U в белокочанной капусте, кольраби и свекле, моркови, перце, томате, петрушке, укропе.

Витамин В4 участвует в основных обменных процессах, прежде всего в обмене жиров, способствует кроветворению, положительно влияет на процессы роста и сопротивляемость организма инфекциям. Потребность в холине — 0,5–1 г в сутки. Холин содержится в различных видах капусты, картофеле, свекле, бобовых.

Витамин В8 способствует снижению уровня холестерина, предотвращает хрупкость стенок кровеносных сосудов, оказывает благоприятное действие на деятельность нервной системы. Суточная потребность — 1–1,5 г. Инозит содержится в капусте и других листовых овощах.

Витамин Вx оказывает положительное влияние на функцию центральной нервной системы и щитовидной железы, участвует в синтезе фолиевой кислоты, влияет на образование пигментов. Суточная потребность не установлена. Наибольшее количество парааминобензойной кислоты содержится в картофеле.

Таким образом, овощи содержат чрезвычайно важные для организма витамины. Доказано, что чем больше в пище витаминов, тем она быстрее и легче усваивается.

Овощи способствуют нейтрализации кислот, образующихся в организме. В пище человека преобладают кислотные соединения (хлеб, мясо, рыба, яйца и т. д.), однако кровь имеет щелочную реакцию рН — 7,35–7,43. Если кислотность крови увеличивается на 0,03, человек заболевает. Овощи и картофель поддерживают кислотность крови на необходимом уровне, так как в них преобладают соединения щелочного характера. Кроме того, при избытке в организме щелочных солей лучше и полнее усваивается белковая пища.

Питательная ценность овощей определяется содержанием углеводов, белков и жиров.

Особое место в питании человека занимают углеводы, обеспечивающие 50–55 % калорийности рациона, являясь выгодным и удобным источником энергетических ресурсов для функционирования организма.

Углеводы представлены главным образом усвояемыми организмом человека моно и дисахарами, в меньшей степени крахмалом. Содержание углеводов колеблется от 0,4 % у шпината до 19,7 % у картофеля. Наибольшее количество сахаров содержат арбуз, дыня, морковь, пастернак, белокочанная капуста, перец, кольраби, горох, свекла, лук порей, томат, тыква, баклажан.

Высокая ценность углеводов овощей заключается в том, что во многих из них обнаружена тартроновая кислота, которая тормозит превращение углеводов в жиры. Наиболее богаты ею морковь, томат, огурец, редис.

Важный компонент овощей — полисахариды: клетчатка и пектиновые вещества. Клетчатка является основным веществом клеточных оболочек тканей овощных растений, а пектины содержатся в виде растворимого вещества в клеточном соке овощей. Оба соединения относятся к группе растительных волокон.

Клетчатка, содержащаяся в овощах в пределах 1–3 % от сырой массы, имеет большое значение для заполнения объема желудочно-кишечного тракта и для нормальной работы органов пищеварения. Она нормализует полезную кишечную микрофлору, выводит шлаки, избыток холестерина и вредные продукты обмена веществ. Наибольшее количество клетчатки содержится в капусте и корнеплодах.

Пектины хорошо усваиваются организмом, обладают адсорбирующими, вяжущими и обволакивающими свойствами, благодаря чему предохраняют слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и действуют как противовоспалительное и обезболивающее средство. Кроме того, пектины способны связывать тяжелые, токсичные и радиоактивные металлы в нерастворимые, безвредные комплексы и выводить их из организма человека. Много пектина содержат свекла, тыква, баклажаны, редис, морковь, капуста, перец, кабачок, патиссон, огурец.

Белки овощей составляют 0,5–5 % массы и трудно перевариваются. Высоким содержанием белков отличаются бобовые культуры (зеленый горошек, бобы, фасоль), картофель, цветная капуста, в белках которых представлены все незаменимые аминокислоты. Так, например, лизин, который считается одной из наиболее важных для человеческого организма аминокислот, имеет высокое содержание в листовой, белокочанной, брюссельской капусте. Растительные белки фасоли могут полностью заменить белок мяса.

В овощах содержится очень мало жиров (0,5–1 %), которые представляют в основном ненасыщенные жирные кислоты и жирорастворимые витамины Е, K, каротин.

С овощами в организм вводятся необходимые щелочные минеральные элементы, которые играют большую роль в питании человека. При этом в свежих овощах минеральные элементы находятся в активной форме и легко усваиваются организмом. Потребление их нейтрализует кислотную реакцию пищеварения. Они регулируют водно-солевой обмен и осмотическое давление в клетках и межклеточных жидкостях, способствующих передвижению между ними питательных веществ и продуктов обмена. Минеральные вещества участвуют в построении различных тканей организма, нормализуют сердечно сосудистую деятельность, поддерживают кислотно-щелочное равновесие.

Соли калия способствуют улучшению обмена веществ, выведению избыточного количества жидкости из организма, нормализуют деятельность сердца и водно-солевой режим. Потребность в калии — 2–4 г в сутки. Много калия содержат брюссельская капуста, картофель, ревень, репа, шпинат, тыква, морковь, свекла.

Магний играет важную роль в регулировании кровяного давления, улучшает фосфорный обмен, способствует выведению холестерина из организма. Он нормализует возбудимость нервной системы, снимает спазмы гладкой мускулатуры, расширяет сосуды, стимулирует двигательную функцию кишечника. Потребность в магнии — 0,3–0,5 г в сутки. Наиболее богаты им капуста брокколи, шпинат, арбуз, листья петрушки, свекла, картофель, сельдерей, редька, томат.

Кальций формирует костную ткань, участвует в процессе свертывания крови, регулирует физиологические и биохимические процессы. Потребность в кальции — 2–3 г в сутки. Наибольшее содержание кальция в кольраби, сельдерее, шпинате, репе, салате, свекле, листьях петрушки, капусте, чесноке, моркови, тыкве, укропе, луке.

Фосфор участвует в формировании костной ткани и играет важную роль в обмене веществ. Потребность в фосфоре — 1–1,2 г в сутки. Наибольшее содержание фосфора в чесноке, хрене, фасоли, горохе, шпинате, кольраби, брюссельской капусте, луке-порее.

Железо входит в состав гемоглобина крови и в состав окислительно-восстановительных ферментов. Суточная потребность в железе — 0,1–0,2 г. Источником железа являются свекла, редис, дыня, тыква, томат, картофель, редька, брюква, арбуз, перец, шпинат, щавель, листья петрушки, лук порей.

Медь является вторым после железа кроветворным микроэлементом. Она способствует усвоению организмом железа, участвует в тканевом дыхании, синтезе ферментов, белков, аминокислот, жирных кислот и витамина С. Медь имеет важное значение для образования костной ткани и пигментации волос и кожных покровов. Потребность в меди составляет 2 мг в сутки. Богаты медью тыква, редис, свекла, лук зеленый, баклажан, перец, салат, томат, картофель.

Кобальт является третьим микроэлементом, участвующим в кроветворении. Он является основным исходным материалом для образования в организме витамина В12. Потребность в кобальте составляет 0,1–0,2 г в сутки. Наибольшее содержание кобальта отмечается в чесноке, луке зеленом, капусте, томате, салате.

Йод необходим для образования гормонов щитовидной железы, обладает антисклеротическим действием. Он способствует усвоению кальция и фосфора. Йод является биостимулятором, иммуностимулятором. Он препятствует повышению свертываемости крови и образованию тромбов. Потребность в йоде — 0,1–0,2 г в сутки. Наибольшее содержание йода в чесноке, салате, редисе, свекле, томате, баклажане, луке, фасоли, моркови, спарже.

Фтора в овощах значительно больше, чем кобальта и йода. Он необходим для развития зубов, формирования плотной ткани зуба, нормализации фосфорно-кальциевого обмена, влияет на обмен жиров и углеводов. Суточная потребность в этом элементе составляет 0,5–1,0 мг. Хорошим источником фтора являются тыква, морковь, редис, салат, свекла, лук.

Марганец является одним из незаменимых микроэлементов, принимает участие в кроветворении, образовании костной ткани, влияет на рост, половое развитие, иммунитет и обмен веществ. Потребность в марганце составляет 8–10 мг в сутки. В основном он поступает со свежими овощами. Особенно высоко его содержание в чесноке, свекле, горохе, фасоли, бобах, салате, спарже, укропе, петрушке.

Цинк входит в структуру фермента, обеспечивающего процессы дыхания. Необходим для нормальной функции желез внутренней секреции, нормализует жировой обмен. Участвует в кроветворении и клеточном делении. Потребность в цинке составляет 10–15 мг в сутки. Высоко содержание цинка в чесноке, свекле, перце, моркови и капусте, горохе, фасоли, луке.

Важными биологически активными веществами, содержащимися в овощах, являются ферменты (энзимы), которые, поступая с пищей в организм человека, играют роль катализаторов при гидролизе и синтезе сложных органических соединений. Ферменты делятся на группы, расщепляющие белки, жиры и углеводы.

Важное значение для человека имеют растительные пигменты, содержащиеся в овощах: хлорофилл, антоцианы, каротиноиды.

Исследованиями физиологов установлена близкая химическая природа хлорофилла и гемоглобина. Если в центральном ядре молекулы хлорофилла содержится магний, то в молекуле гемоглобина — железо. Таким образом, употребляя зеленые листовые овощи, богатые этим пигментом, мы снабжаем организм «полуфабрикатом» гемоглобина.

Антоцианы — красящие вещества, входящие в состав плодов, цветков и других органов растений, являются сердечными стимуляторами, способствуют поддержанию нормального кровяного давления и обладают антивирусным действием. Им присущи свойства витамина Р. Эти биологически активные вещества придают овощам окраску от красной до темно синей (свекла, баклажан, краснокочанная капуста).

Каротиноиды подразделяются на каротин, ликопин и ксантофилл. Каротин придает оранжевую окраску моркови, перцам, тыкве и по интенсивности окраски можно судить о содержании в них провитамина А, имеющего важное значение для процессов жизнедеятельности. Ликопин имеет красную окраску и содержится в томатах, а ксантофилл окрашивает томаты и спаржу в желтый цвет.

Органические кислоты, содержащиеся в овощах, придают им приятный вкус, утоляют жажду, активно участвуют в обмене веществ, растворяют в организме нежелательные отложения и оказывают благоприятное влияние на процессы пищеварения. Значительное количество органических кислот — более 1 % содержится в ревене, томате, шпинате и щавеле. В остальных овощах их содержание находится в пределах 0,1–0,3 %.

Наиболее распространенными кислотами являются яблочная, лимонная и щавелевая. В меньших количествах встречается тартроновая, салициловая и янтарная кислоты.

Салициловая кислота обнаружена в тыкве. Она обладает антисептическим, жаропонижающим, противовоспалительным действием.

Тартроновая кислота, содержащаяся в капусте, сдерживает превращение углеводов в жиры, предупреждая тем самым ожирение, атеросклероз. Имеется она также в баклажане и огурце.

Дубильные вещества, являющиеся неотъемлемым компонентом биохимического состава овощей, широко используются при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и при воспалительных процессах полости рта.

Многие овощи содержат в своем составе различные эфирные масла, придающие им аромат и улучшающие вкус. Эфирные масла играют важную роль в процессах пищеварения, оказывают положительное влияние на деятельность центральной нервной и сердечно сосудистой систем. Наличие ароматических веществ возбуждает аппетит и способствует обильному выделению пищеварительного сока и ускорению усвоения пищи. Они обладают антисептическими, дезинфицирующими, противовирусными свойствами.

Большое количество эфирных масел содержится в пряно-вкусовых овощных растениях — фенхеле, эстрагоне, кинзе, чабере, иссопе, тимьяне, кервеле, чабреце, а также в листьях петрушки, сельдерея, укропа, любистока, луке, чесноке, хрене, редьке, репе, брюкве.

Летучие вещества, выделяемые многими овощными растениями — фитонциды, обладают бактерицидными свойствами — способностью подавлять рост грибов, бактерий, простейших болезнетворных организмов. Иначе их называют растительными антибиотиками, так как они способны уничтожать и задерживать развитие микроорганизмов. Фитонциды представляют собой совокупность различных по химическому строению веществ — эфирных масел, органических кислот, гликозидов и др. Особенно сильным противомикробным действием обладают хрен, чеснок и лук. Обнаружены они и в других овощах — репе, редьке, редисе, капусте, красном перце, листьях петрушки. Употребление свежих овощей, богатых фитонцидами, оказывает стимулирующее действие на иммунную систему организма, усиливает двигательную функцию желудочно-кишечного тракта, стимулирует процессы регенерации клеток.

Гликозиды содержатся в овощах, придавая им горький привкус. Соланин содержится в картофеле, меньше в томатах и баклажанах. Капсаицин содержится в стручковом перце, придает ему острый, жгучий, горький вкус. Капсаицин способствует перевариванию и усвоению пищи. Синигрин содержится в корнях хрена.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается ценность овощей как продуктов питания?

2. Чем определяется питательная ценность овощей?

3. Какова роль минеральных элементов, содержащихся в овощах?

4. Какие вещества, содержащиеся в овощах, обладают бактерицидными свойствами?

2. История развития овощеводства как отрасли и науки

Овощные растения — родоначальники земледелия. Большинство их видов было введено в культуру в районах древних цивилизаций. В дальнейшем ассортимент овощных растений увеличивался незначительно.

Первое упоминание о возделывании овощей на территории нашей страны относится к V в. В дальнейшем увеличивается число возделываемых культур и возникает примитивная специализация. Появляются районы огородничества вокруг городов и в местах с благоприятными условиями для выращивания овощей. Для этого, в первую очередь, использовались пойменные земли озер и рек. В середине XIX в. складываются самобытные тепличные хозяйства под Клином, в Ростове Великом. Основная продукция — огурцы, лук, капуста — поставляется в Москву, С. Петербург и др. города. Астраханские огородники начинают поставлять томаты и арбузы в промышленные центры России. Небольшие размеры имело приусадебное овощеводство в северных районах, на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке. Переработкой и хранением занимались единичные огородники.

В конце двадцатых, начале тридцатых годов XX в. создаются первые специализированные овощеводческие хозяйства вокруг крупных городов и промышленных центров. Расширяются площади защищенного грунта. На юге возникают зоны консервного овощеводства, куда входили крупный консервный завод и несколько хозяйств, производящих продукцию.

После Великой Отечественной войны широко развернулось коллективное и индивидуальное огородничество. Промышленные предприятия создавали подсобные овощеводческие хозяйства.

В 1953 г. по решению правительства началась концентрация и специализация овощеводства. Специализацию и концентрацию проводили на основе увеличения площади орошаемых земель, совершенствования технологий, комплексной механизации, химизации, выведения и внедрения новых сортов, улучшения товарной обработки, транспортирования, хранения и реализации продукции, что способствовало повышению урожайности и росту потребления овощей населением.

Следующий важный этап в развитии овощеводства отмечен в 1958 г. после постановления Совета Министров «Об обеспечении населения г. Москвы картофелем и овощами за счет производства их в специализированных совхозах Московской области». По примеру Московской области крупные специализированные хозяйства по производству овощей и картофеля были организованы во многих других областях, включая Ленинградскую. Широкое применение нашли сооружения с пленочными покрытиями.

Развитие научных основ овощеводства шло параллельно с ростом его как отрасли сельскохозяйственного производства. Большое значение для становления овощеводства как научной дисциплины имели теоретические исследования по биологии растений: работы по систематике К. Линнея (1707–1778), А. Декандоля (1806–1893), Э. Л. Регеля (1867–1920), К. А. Тимирязева, Н. И. Железнова и др. исследователей. Еще А. Т. Болотов (1738–1833) наряду с трудами по общей агрономии опубликовал ряд работ по культуре овощных растений. В XIX в. жил и работал талантливый петербургский огородник Е. А. Грачев (1826–1877). Выведенные им сорта овощных растений привлекали всеобщее внимание на выставках во многих странах мира. Е. А. Грачев наряду с этим был создателем оригинальных технологических приемов выращивания овощей и шампиньонов, конструкций шампиньонниц и хранилищ.

Р. И. Шредер (1822–1903) — преподаватель садоводства и огородничества Петровской земледельческой и лесной академии (ныне МСХА им. К. А. Тимирязева). Им был написан фундаментальный труд «Русский огород, питомник и плодовый сад», выдержавший десять изданий и служивший настольным руководством для нескольких поколений овощеводов.

М. В. Рытов (1846–1920), профессор Горы Горецкого земледельческого училища (ныне БСХА), написал несколько руководств по огородничеству. В своих работах он обращал особое внимание на исключительно высокие качества и неприхотливость местных сортов народной селекции, боролся за их сохранение и использование.

Н. И. Кичунов (1863–1942) опубликовал свыше 20 книг по овощеводству. Среди них первые русские монографии по отдельным культурам.

Огромный вклад в теорию и практику селекции растений внес академик Н. И. Вавилов (1887–1943). Он и созданный им коллектив ВИРа выполнили колоссальную работу по мобилизации растительных ресурсов земного шара, в том числе овощных растений.

Много сделал для развития научного овощеводства академик В. И. Эдельштейн (1881–1965), отличавшийся большим научным кругозором и широким комплексным подходом к разработке научных основ отрасли. Под руководством В. И. Эдельштейна были проведены исследования закономерностей формирования урожая овощных растений в зависимости от их видовой и сортовой принадлежности и условий внешней среды.

Значительный вклад в разработку теории и создание промышленных технологий производства овощей внесли работники научно исследовательских учреждений и вузов, в которых работали известные ученые — А. В. Алпатьев, С. И. Жегалов, З. И. Журбицкий, В. А. Брызгалов, Г. И. Тараканов, Н. П. Родников, Б. В. Квасников, Н. Ф. Коняев и др.

Создание интенсивных технологий производства овощей в открытом и защищенном грунте, селекция новых сортов и гибридов, разработка научных основ семеноводства способствовали превращению овощеводства в крупную специализированную отрасль агропромышленного производства.

Для разных типов хозяйств, для различных зон страны созданы высокопродуктивные сорта и гибриды овощных культур, пригодные для интенсивных технологий и обладающие многими положительными хозяйственными свойствами.

Контрольные вопросы

1. Основные этапы развития овощеводства в России.

2. Назовите ученых, внесших значительный вклад в разработку теории и практики овощеводства.

3. В чем заключаются задачи научного овощеводства?

3. Состояние овощеводства в России и за рубежом

Для нормальной жизнедеятельности человека институтом питания Академии медицинских наук установлена ежегодная норма потребления овощей — 146 кг на одного человека.

Овощи — незаменимые витаминные продукты питания с лечебно-профилактическими свойствами, что напрямую связано со здоровьем нации, работоспособностью и продолжительностью жизни человека и его средой обитания.

Повсеместное нарастание экологической и социальной нагрузки на человека требует полноценного его питания, а овощи выступают как богатейший источник природных антиоксидантов (ферментов, бета каротина, альфа токоферола, аскорбиновой кислоты, флавоноидов, кумаринов и др.), биологически активных веществ, незаменимых аминокислот, в т. ч. иммуномодуляторов, а также минеральных элементов. Природные антиоксиданты нейтрализуют свободные радикалы, канцерогенные вещества, тяжелые металлы и радионуклиды, способствуют их выведению из организма, что положительно влияет на здоровье и увеличение продолжительности жизни человека. Поэтому во многих странах мира приняты государственные программы по развитию этой отрасли. И не случайно, что мировое производство овощей за последние 14 лет практически удвоилось — с 469 млн т в 1990 г. до 920 млн т в 2004 г.

Среди стран мира лидерами по объемам производства овощей являются Китай, Индия, США, Турция, а по производству овощей на душу населения в год — Китай, Турция, Испания, Италия, Ю. Корея, Голландия (220–390 кг).

Россия занимает 9 е место в мире по производству, 5-е по площадям и 20-е по урожайности.

Несмотря на негативные явления, происходящие в сельском хозяйстве страны, современное состояние овощеводства Российской Федерации можно характеризовать как стабильно развивающуюся отрасль.

Так, если посевная площадь овощных культур во всех категориях хозяйств в дореформенный период (1986–1990 гг.) составляла 669 тыс. га, то в 1996–2000 гг. — 776, в 2001–2005 гг. — 841, в 2007 — 819 тыс. га, что превышает первоначальный уровень на 22 %. Следует отметить, что производство овощей в стране увеличилось в основном за счет роста площадей в частном секторе. Так, в 2003 г. овощи размещались на площади 859 тыс. га, в том числе 79,2 % — в личных подсобных, 5,2 % — в фермерских хозяйствах и только 15,6 % — в крупных сельскохозяйственных предприятиях.

Валовой сбор овощей увеличился с 11,2 млн т в 1986–1990 гг. до 15,5 млн т в 2007 г. Урожайность овощных культур за этот период повысилась с 15,4 до 18,4 т/га. Остается низкой урожайность в Южном (13,1 т/га) и Дальневосточном (14,5 т/га) округах.

В овощеводстве страны произошли резкие структурные изменения, вызванные проводимыми в сельском хозяйстве рыночными реформами. Преобладающими в производстве овощей стали личные подсобные хозяйства, которые по своей природе являются, в основном, семейно-потребительскими. Их удельный вес в посевной площади в 2004 г. составил 80,9 %, а в валовом сборе — 80,3 % при урожайности 16,8 т/га, что на 0,4 т/га (2 %) выше общероссийской.

В настоящее время 94 % огурца, 85 % репчатого лука и томата, 80 % капусты и моркови производится в личных и индивидуальных садах и огородах, дачных участках и фермерских хозяйствах.

Произошел обвальный спад производства овощей в сельхозпредприятиях — основных поставщиках товарной продукции. В 2004 г. по сравнению с дореформенным периодом производство овощей в них снизилось в 3,7 раза, посевная площадь в 4,4 раза при одинаковой урожайности в 15,4 т/га. В настоящее время удельный вес сельхозпредприятий в посевной площади овощных культур составляет 12,6, в валовом сборе 15,9 %.

В стране нарастает тенденция сокращения площадей овощных культур в крупных овощеводческих хозяйствах, они разоряются, подводятся под банкротство. Пример тому — банкротство крупнейших специализированных овощеводческих совхозов: «Верхнемуллинский» Пермской области; «Волго-Дон» Волгоградской; «Энгельский» Саратовской; «Овощевод» Рязанской; «Пламя», «Фаустово», «Чулковский» Московской; «Федоровское», «Ленсоветовский» Ленинградской областей.

Сохраняются те хозяйства, которые объединяются с плодоовощными базами, банками, иностранными фирмами в холдинги с привлечением крупного капитала для закупки новейшей техники, технологий, строительства современных хранилищ с необходимыми установками и пунктов переработки. Такие хозяйства поставляют отборную, мытую, упакованную продукцию в супермаркеты по повышенным ценам и являются рентабельными. Примером тому являются фирмы «Фрухтринг» и «Малино» Московской области, «Приневское», «Детскосельский» Ленинградской области. В этих фирмах до 95 % посевных площадей засевается иностранными гибридами и сортами, внедрена комплексная механизация возделывания и уборки корнеплодов, белокочанной капусты.

Крупные овощеводческие хозяйства согласны использовать сорта и гибриды отечественной селекции, т. к. по качеству, лежкости, питательной ценности они часто превосходят иностранные. Однако их внедрение сдерживается в результате полного развала отечественного семеноводства.

Условия рыночных отношений сказываются на экономической эффективности отрасли. Полная себестоимость 1 т реализованных овощей растет. В 2001 г. она составила 2080 руб., в 2004–3260 руб. Затраты на 1 т проданной продукции за этот период повысились на 320 руб., а ее цена снизилась с 3640 до 3550 руб. Уровень рентабельности от реализации овощей нестабилен. В 2001 г. он составил 16,4 %, в 2007 г. — 3,1 % (без субсидий из бюджета).

Потребление овощей на одного жителя по России в среднем за четыре года (2001–2004 гг.) составило 92 кг, что на 8 кг выше дореформенного показателя (84 кг). Однако это ниже рекомендуемой Институтом питания нормы потребления (146 кг). Производство овощей на одного человека по федеральным округам колеблется от 59 кг в Северо-Западном до 137 кг в Приволжском.

Обеспеченность населения овощами собственного производства в 2007 г. составила 85 %, в т. ч. капустой — 91, морковью — 125, свеклой — 103, томатами — 65, огурцами — 82, луком — 78 %. Наименьшая обеспеченность отмечена в Северо-Западном (59 %) и Уральском (72 %) округах.

По культурам ситуация складывается таким образом, что столовой свеклой и морковью обеспечены все регионы, за исключением Южного, капустой практически полностью обеспечены Центральный, Приволжский, Сибирский и Дальневосточный регионы. Отмечен значительный дефицит томата в Центральном и Северо-Западном округах; лука в Дальневосточном регионе; перца, баклажана, зеленных в Уральском и Северо Западном округах. В целом по России из основных культур наибольший дефицит ощущается по томату (60 %) и луку (85 %). Он восполняется за счет импорта, прежде всего из Турции, Греции, Испании, Египта, Китая, Узбекистана и Азербайджана. Завоз свежих овощей в Россию увеличился с 711 тыс. т в 2001 г. до 1448 тыс. т в 2006 г. В общем объеме импорта наибольший удельный вес занимают лук репчатый (37 %) и томаты (34 %).

Для возможного достижения уровня производства овощей до норм потребления, рекомендуемых Институтом питания, ВНИИ овощеводства разработаны прогноз производства и концепция агроэкологического размещения овощеводства по регионам и федеральным округам РФ на период до 2010 г.

В настоящее время в России производится 6 кг бахчевых культур на 1 человека в год, что недостаточно для полноценного питания.

В 2003–2004 гг. в России бахчевые культуры занимали 126,2–142,3 тыс. га, что составляет 87–98 % от площади 1986–1990 гг., а валовое производство — 920,5–928,1 тыс. т, что составляет 66–70 % доперестроечного периода. Нужно отметить, что за последние 3 года снова идет существенное увеличение производства бахчевых культур, особенно арбузов.

Особенно сильно увеличилось производство арбузов и дынь в Волгоградской области, где площадь под бахчевыми увеличена почти в 2 раза, урожайность на 50 %, а валовое производство возросло в 2,3 раза по сравнению с периодом 1986–1990 гг.

В то же время лидеры российского бахчеводства (Астраханская, Ростовская области и Краснодарский край) заметно снизили производство бахчевых культур. Это связано, в первую очередь, с проблемами орошаемого бахчеводства, которое нарушено во многих хозяйствах, снижением применения минеральных удобрений и средств защиты растений.

Большое сокращение производства плодов бахчевых в сельхозпредприятиях сильно уменьшило их товарные ресурсы. Если в 1990 е годы эта категория хозяйств реализовывала 533,3 тыс. т арбузов и дынь, то в 2004 г. — всего 84,6 тыс. т, или в 6 раз меньше.

Введение рыночной экономики и рост фермерских хозяйств при отсутствии централизованной системы закупки сельскохозяйственной продукции привело к снижению оптовых цен и уменьшению рентабельности производства.

Многие небольшие фермерские хозяйства перешли на самообеспечение семенным материалом, который в силу невозможности соблюдения пространственной изоляции, является гибридом от смеси сортов, возделываемых в этом хозяйстве, что приводит к потере сортовых качеств бахчевых и снижению урожайности; стремление к получению максимального урожая, особенно при применении временных пленочных укрытий, в большинстве случаев приводит к неконтролируемому применению азотных удобрений, делая продукцию не только малосъедобной, но и токсичной для человека. Отсутствие в крестьянских хозяйствах средств и земель для освоения севооборотов приводит к освоению одного из экстенсивных типов бахчеводства — кочующему бахчеводству, со всеми вытекающими последствиями (резкое сокращение земель, пригодных для бахчеводства; засорение полей сорной растительностью и выведение их из хозяйственного оборота и т. д.).

Одной из стратегических задач аграрной политики правительства Российской Федерации на период до 2010 г. является формирование эффективного конкурентоспособного агропромышленного производства, обеспечивающего продовольственную безопасность страны и ее интеграцию в мировое сельскохозяйственное производство и в рынки продовольствия. Чтобы отечественная продукция могла достойно конкурировать на рынке и удовлетворять разнообразные вкусы потребителей, она должна отличаться качеством и ценой.

Поэтому снабжение населения России высококачественной овощной продукцией в необходимых количествах при интенсивной и непрерывной антропогенной нагрузке на агроэкосистемы — одна из сложных задач овощеводства в текущем столетии.

Селекционерами созданы сорта и гибриды овощных культур, которые отличаются высокой степенью адаптивности к конкретным почвенно-климатическим условиям, генетической устойчивостью к наиболее опасным патогенам, абиотическим стресс факторам в период вегетации растений и хранения продукции. Так, потенциальная урожайность лучших отечественных сортов и гибридов капусты — 80–110 т/га, корнеплодов — 60–80 т/га.

Вместе с тем, около 40 % сортов и гибридов овощных и бахчевых культур, внесенных в Госреестр РФ, имеют иностранное происхождение. Продукция этих сортов и гибридов отличается красивым видом, выравненностью по форме и размеру, хорошей технологичностью, отзывчивостью на высокие дозы удобрений, но вкусовые и диетические свойства часто уступают отечественным сортам.

В Ленинградской области под овощными культурами в 40 сельскохозяйственных предприятиях в 2005 г. было занято 2960 га, в том числе под белокочанной капустой — 1332 га, под морковью — 890 га и под свеклой — 547 га, прочие овощи занимали 191 га; выращено рассады 69 млн шт. (89 % по кассетной технологии).

Хозяйствами области было выращено овощей открытого грунта около 116 тыс. т, овощей защищенного грунта — 22,5 тыс. т.

Динамика производства овощей открытого грунта показывает, что площади ежегодно сокращаются, так в 1990 г. под овощными культурами было занято 8300 га, в 2000 г. — 5700 га, в 2004 г. — 3400 га, в 2005 г. — 2996 га.

Валовое производство овощей в области остается на уровне 115–125 тыс. т; а урожайность овощных культур стабильно растет, так в 1990 г. она составила 22 т/га, в 2000 г. — 30,7 т/га, в 2003 г. — 36,3 т/га, в 2004 г. — 38,2 т/га, в 2005 г. — 39,6 т/га.

Ежегодно самую высокую урожайность овощей получают в ЗАО ПЗ «Приневское», в 2005 г. получено — 63,9 т/га; в ЗАО «Ручьи» — 62,9 т/га, в СПК «Детскосельский» — 54,3 т/га, в ЗАО «Агротехника» — 46,7 т/га, в ЗАО ПХ им. Тельмана — 46,2 т/га и в ЗАО «Победа» — 40,5 т/га.

Овощи выращивают во всех странах мира. В ведущих странах производство овощей в среднем на душу населения в год составляет около 140 кг. Для многих стран в последние годы характерно быстрое развитие защищенного грунта, его индустриализация на основе достижений строительного дела, химии, применения автоматики и телеуправления (табл. 1).

Во многих европейских и азиатских странах с теплым и мягким климатом с одной и той же площади собирают 2–3 урожая овощей в год. Это избавляет от длительного и дорогого хранения продукции.

Таблица 1. Производство овощей и бахчевых в ведущих странах мира (ФАО)

Количество и соотношение отдельных культур в овощеводстве разных стран разнообразны. В США преобладают овощная кукуруза, томат, бобовые и салатные растения. В европейских государствах распространены салатные листовые, капуста цветная, брюссельская и савойская, а на юге Европы — томат, перец, баклажан. Овощные растения юга и юго востока Азии — капуста пекинская, батат, лук, чеснок, редька, огурец, перец, баклажан и бахчевые.

Контрольные вопросы

1. Какова научно обоснованная норма потребления овощей в год на одного человека?

2. Назовите страны с наибольшим и наименьшим потреблением овощей.

3. Каковы основные направления развития овощеводства в РФ?

4 Центры происхождения овощных растений

Большинство овощных растений происходит из тропических и субтропических районов нашей планеты. Теплолюбивые растения: огурец, арбуз, дыня, тыква, перец, баклажан, кукуруза, фасоль происходят из тропических районов (Индокитай, Центральная и Южная Америка, Центральная Африка).

Указанные растения отличаются высокими требованиями к теплу. Оптимальная температура для роста и развития этих растений — 18–28 °C. Температура ниже 15 °C обусловливает приостановку роста и, если она будет продолжаться длительный период, растения могут погибнуть. Растения этой группы погибают, если температура опускается ниже 0 °C.

Растения, которые произошли из субтропиков, в частности с побережья Средиземного моря: капуста, свекла, морковь, петрушка, репа, брюква, сельдерей, спаржа, укроп, щавель, ревень, пастернак, горох, боб и другие отличаются невысокой требовательностью к теплу.

Ч. Дарвин установил, что в процессе эволюции растительные и животные организмы под воздействием условий внешней среды изменялись, а вновь появившиеся формы благодаря естественному и искусственному отбору сохранялись и распространялись по территории земного шара.

Попадая в другие экологические условия, растения в известной степени приспособились к ним и выработали новые свойства, которых не имели их предки. Место происхождения современных культурных растений наложило отпечаток на их биологические особенности.

На основе крупномасштабного экспедиционного ботанико-географического изучения многообразия культурных растений Н. И. Вавиловым в середине двадцатых годов ХХ в. были сформулированы и в дальнейшем развиты основные положения учения о центрах происхождения культурных растений. Были установлены центры (области) происхождения культурных растений, включающие более мелкие локализации — очаги. Это позволяет собрать и использовать в селекции новые признаки ценных доноров.

Различают первичные центры — районы, где растения были введены в культуру, и вторичные — районы появления новых, до того не известных форм возделываемых растений. Н. И. Вавилов в пределах континентов выделяет семь центров, в которых были введены в культуры овощные растения (ил. 1).

Ил. 1. Географические центры происхождения овощных растений

1 — южноазиатский тропический; 2 — восточноазиатский; 3 — юго-западный азиатский; 4 — средиземноморский; 5 — абиссинский; 6 — центрально-американский; 7 — андийский (южноамериканский).

Южноазиатский тропический центр. Включает тропические районы Индии и Южного Китая, Индокитай и острова Юго Восточной Азии.

Индийский очаг. Огурец — черношипые мелкоплодные формы, часто горькие из за наличия кукурбитацинов; в Непале произрастает дикий сородич C. Hardwicki, баклажан — крупноплодные многолетние формы. Известны дикие сородичи. Тыквенные — горлянка, восковая тыква, люфа.

Индокитайский очаг, включающий Индокитай и Южный тропический Китай. Огурец (вторичный очаг) — лазающие лианы, белошипые партенокарпические длинноплодные формы, без кукурбитацина (плоды без горечи). Формы, устойчивые к мучнистой и ложномучнистой росе. Сорта зимнего экотипа высокой холодостойкости.

Восточноазиатский центр (умеренные и субтропические районы Центрального и Восточного Китая, Тайвань, Корея, Япония). Пекинская капуста, китайская капуста, салатная горчица (вторичный очаг), редька лоба, редька дайкон, репа (вторичный центр). Луковые растения — лук батун (слабоветвящиеся формы), лук душистый, баклажан (вторичный центр) — скороспелые мелкоплодные формы, огурец (вторичный центр) — женский тип цветения, устойчивость к резким колебаниям температуры, устойчивость к вирусу огуречной мозаики, китайская (огуречная) дыня (вторичный центр).

Юго-западный азиатский центр (Иран, Афганистан, Средняя Азия, Северо Западная Индия, внутренняя Нагорная и Малая Азия — Анатолия, Кавказ). Дыня (первичный очаг в Малой Азии, вторичный — в Средней) — большое разнообразие форм, дикие сородичи. Морковь — основной очаг азиатских желтомясых и беломясых сортов, формы с антоциановой окраской. Репа (азиатские сорта), редис, огурец (вторичный очаг) — ксерофилизированные жаростойкие формы. Родоначальник мелкоплодных сортов с гладкой поверхностью плода, распространенных в Средней Азии, Закавказье, на Ближнем Востоке. Лук репчатый (Средняя Азия и Афганистан) и его близкие сородичи, лук пекемский, лук Вавилова, чеснок, лук порей, горох, бобы, ревень, кресс салат (вторичный очаг), петрушка (вторичный очаг), салат, эндемичные формы капусты.

Средиземноморский центр (Северное и Южное побережья Средиземного моря). Свекла, капуста кочанная, савойская, цветная, брокколи, кольраби, брюссельская, петрушка, сельдерей, репа (европейские сорта), брюква, салатный цикорий, пастернак, скорцонер, овсяный корень, укроп, ревень, щавель, артишок, кардон, лук репчатый (вторичный центр) — сладкий испанский лук с очень крупной луковицей; озимые короткодневные формы. Чеснок (вторичный центр), тмин, тимьян, иссоп, мята, анис, чернушка.

Абиссинский центр. Абиссинская горчица, лук шалот (вторичный центр), бамия. Кроме абиссинского центра из Африки происходят арбуз, антильский огурец.

Центральноамериканский центр (страны Центральной Америки, включая Южную Мексику). Кукуруза, фасоль обыкновенная, фасоль лимская, фасоль многоцветковая, перец стручковый, тыква мускатная, тыква твердокорая, тыква фиголистная, чайот, батат, физалис, смородиновидный томат.

Андийский центр.

Андийский очаг (горные районы Перу, Боливии, Эквадора). Тыква крупноплодная, томат и его дикие сородичи, фасоль лимская (вторичный центр), фасоль обыкновенная (вторичный центр).

Чилоанский очаг (Юг Чили — остров Чилоэ). Картофель.

Введение в культуру овощных растений насчитывает 2–4 тыс. лет. С этого времени и происходит расселение культурных растений по земному шару. Лишь культуры американского континента получили распространение с конца ХV в.

Возделываемые в настоящее время овощные культуры отбирались в течение многих столетий. При этом у них по возможности сохранялись свойства, которые были присущи диким родичам (отношение к интенсивности освещенности и продолжительности дня, температуре, влажности и плодородию почвы, относительной влажности воздуха, концентрации почвенного раствора и его кислотности). Знание района происхождения той или иной овощной культуры позволяет изучить биологические особенности роста и развития растений и правильно обосновать технологию выращивания в конкретных условиях.

Овощные культуры в ходе исторического формообразовательного процесса (естественный отбор, гибридизация, изменчивость) претерпели колоссальные изменения. Их культурные формы резко отличаются от диких размерами плодов, кочанов, корнеплодов, метаморфизированных соцветий (у цветной капусты и капусты брокколи).

Многие сорта народной селекции создавались не одним поколением в результате отбора наиболее урожайных видов при благоприятных условиях конкретного района.

Контрольные вопросы

1. Назовите центры происхождения овощных растений.

2. Какое влияние оказывают центры происхождения на отношение растений к условиям внешней среды?

5 Классификация овощных растений

Для облегчения изучения биологических особенностей и разработки агротехнических приемов овощные растения делят на определенные группы.

5.1. Ботаническая классификация

В научной литературе распространение получила преимущественно ботаническая классификация растений. Мировые ресурсы овощных растений чрезвычайно огромны и включают более 1200 видов, принадлежащих к 78 семействам. Из этого количества видов примерно 150 выращивают в культуре, а остальные используются в дикорастущем состоянии.

В России возделывается 50–80 видов овощных растений, принадлежащих к следующим семействам. На основании положения по приоритету отдельным ботаническим семействам наряду с применяющимися названиями вернули первоначальные (Международный кодекс ботанической номенклатуры, 1959).

1. Капустные (Brassicaceae), ранее крестоцветные (Cruciferae) — капуста (белокочанная, краснокочанная, савойская, брюссельская, пекинская, китайская, цветная, брокколи, кольраби), репа, редька, брюква, листовая горчица, кресс салат, хрен, катран.

2. Сельдерейные (Apiaceae), или зонтичные (Umbeliferae) — морковь, петрушка, сельдерей, пастернак, укроп.

3. Тыквенные (Cucurbitaceae) — тыква, огурец, кабачок, патиссон, арбуз, дыня.

4. Пасленовые (Solanaceae) — томат, перец, баклажан, физалис, картофель.

5. Маревые (Chenopodiaceae) — свекла, мангольд, шпинат.

6. Бобовые (Fabaceae), ранее мотыльковые (Leguminosae) — боб, горох, фасоль.

7. Астровые (Asteraceae), или сложноцветные (Compositae) — cалат, артишок, скорцонера, овсяный корень, эстрагон, эндивий, салатный цикорий.

8. Гречишные (Polygonaceae) — ревень, щавель.

9. Луковые (Alliaceae), ранее лилейные (Liliaceae) — луки (репчатый, порей, батун, многоярусный, шнитт, шалот, алтайский и др.), чеснок.

10. Мятликовые (Poaceae), или злаковые (Yramineae) — кукуруза.

11. Спаржевые (Asparagaceae) — спаржа.

12. Яснотковые (Lamiaceae), или губоцветные (Labiatae) — майоран, чабер, базилик, мята перечная.

Наряду с указанными ботаническими семействами цветковых растений в овощеводстве имеет широкое распространение гриб шампиньон из порядка пластинчатых (Agaricaceae), вешенка и кольцевик.

Большинство овощных культур относится к классу двудольных, а такие семейства, как луковые, спаржевые и мятликовые, — к классу однодольных.

Значение ботанической классификации заключается не только в том, что она позволяет привести в стройную систему все многообразие растений. Ботаническая классификация является основой для правильного чередования культур в севооборотах. Растения, принадлежащие к одному семейству, например, капустные, поражаются одними болезнями и вредителями. В целях предупреждения распространения опасных заболеваний и вредителей растения, принадлежащие к одному семейству, размещают в одном поле севооборота и возвращают на это место не ранее чем через 4–5 лет.

Ботаническая классификация определяет место каждого растения во всем разнообразии растительных видов.

Однако для овощеводов ботаническая классификация является недостаточной, так как в одно и то же семейство включаются растения, формирующие овощ из различных органов.

Например, семейство капустных объединяет растения, у которых овощами могут быть листья (пекинская капуста), кочаны (белокочанная, савойская, брюссельская капусты), утолщенные стебли (кольраби), корнеплоды (репа, брюква, редис), головка (цветная капуста) и т. д. В семейство астровых входят растения, формирующие овощ в виде листьев и молодых стеблей (салат, эстрагон), корнеплодов (скорцонера, овсяный корень), соцветий (артишок).

5.2. Классификация по органам, употребляемым в пищу

Для овощеводов удобнее группировать растения по тому, какой продуктовый орган (овощ) растение формирует — луковицу, корнеплод, плод, кочан и т. д.

Группируя овощные растения по формируемым органам, можно разрабатывать для них общие агротехнические мероприятия, хотя они и принадлежат к различным ботаническим семействам.

По характеру формирования продуктовых органов можно выделить несколько групп овощных растений.

1. Плодовые овощные культуры (в пищу используются молодые завязи): огурец, кабачок, патиссон, крукнек, лагенария, чайот, овощной горох, овощная фасоль, овощные бобы, бамия, кукуруза сахарная, а также плоды биологической зрелости: арбуз, дыня, тыква, томат, перец, баклажан, физалис.

2. Листовые (в пищу используются листья): капуста белокочанная, краснокочанная, савойская, брюссельская, шпинат, салат листовой, щавель, капуста пекинская, капуста китайская, горчица салатная, кресс салат, листья лука репчатого, петрушка листовая, сельдерей листовой, лук-батун, шнитт-лук, лук-слизун, многоярусный лук, черемша, цикорий салатный.

3. Листостебельные (в пищу используются листья и стебли): салат кочанный, лук порей, укроп, фенхель, чеснок на зелень.

4. Черешковые (в пищу используются черешки листьев): ревень, сельдерей черешковый, мангольд, кардон.

5. Цветковые (в пищу используются цветки или соцветия): капуста цветная, брокколи, артишок.

6. Луковичные (в пищу используются луковицы): лук репчатый, чеснок, лук шалот.

7. Клубнеплодные: картофель, батат, топинамбур, стахис, якон.

8. Корнеплодные: редис, столовая свекла, морковь, редька, репа, брюква.

9. Корневищные: хрен, катран, лопух съедобный.

10. Ростковые: спаржа.

11. Грибы: шампиньон, вешенка, кольцевик. Вышеприведенная классификация удобна для работников перерабатывающей промышленности, но не учитывает биологические и технологические особенности овощных культур, связанные с их возделыванием.

В. И. Эдельштейн предложил классификацию, учитывающую совокупность биологических и производственных особенностей растений, а отчасти и свойств их продуктовых органов, которая удовлетворяла бы и агрономов технологов, и потребителей продукции.

1. Капустные: капуста белокочанная, краснокочанная, савойская, брюссельская, цветная, брокколи, кольраби, пекинская, китайская.

2. Корнеплодные: столовая свекла, пастернак, корневая петрушка, корневой сельдерей, редис, редька, репа, брюква, цикорий салатный, скорцонера, овсяный корень.

3. Клубнеплодные: картофель, топинамбур, батат, стахис, якон.

4. Луковичные: лук репчатый, лук шалот, чеснок.

5. Плодовые: огурец, кабачок, патиссон, дыня, тыква, арбуз, чайот, томат, перец, баклажан, физалис, овощной горох, овощные бобы, овощная фасоль, кукуруза сахарная, бамия.

6. Листовые однолетние: укроп, салат, шпинат.

7. Многолетние овощные культуры: щавель, ревень, спаржа, хрен, эстрагон, любисток, мята перечная, мелисса, иссоп, шнитт лук, душистый лук, лук слизун.

8. Грибы: шампиньон, вешенка, кольцевик.

Группа плодовых овощных растений характеризуется тем, что у этих растений овощем является плод. У одних растений плод употребляют в пищу в состоянии полной ботанической спелости (арбуз, дыня, томат, баклажан), у других — в фазе зеленца или технической спелости (огурец, кабачок, патиссон, сахарная кукуруза, боб, фасоль, горох). Независимо от степени спелости плодов мы должны для этой группы растений создавать такие условия, при которых растения быстрее переходят к цветению и формированию плодов.

У соцветных растений в пищу употребляют сильно разросшееся, но не распустившееся соцветие. При этом овощевод должен обеспечить получение крупного цветоложа, которое достигает технической спелости до распускания соцветия (артишок).

Луковичные растения формируют настоящую (репчатый лук, шалот, чеснок) или ложную луковицу (порей, батун и т. д.). Наряду с луковицами в пищу используют и молодые листья. При выращивании луковичных растений необходимо предотвратить появление цветоносных стрелок за исключением тех случаев, когда выращивают семена. Это не относится к стрелкующимся формам чеснока и многоярусному луку.

У клубнеплодных овощных растений формируются видоизмененные подземные стеблевые образования — клубни. Клубнеобразование обычно совпадает с цветением (картофель, батат).

У листостебельных овощных растений в пищу употребляют листья и молодые побеги. Хороший урожай листостебельные растения дают в случае, если переход к цветению будет задержан (укроп).

У корнеплодных растений должны сформироваться хорошо развитые не разветвленные утолщенные корни. Корнеплодные растения не должны переходить к преждевременному образованию цветоносных побегов, и в первый период агротехнические мероприятия должны быть направлены на усиление роста корневой системы и ассимиляционной поверхности (морковь, свекла, редис).

У листовых овощных растений в пищу употребляют листья или их части (черешки). Образование цветоносных побегов у этой группы растений — неизбежное явление. Для получения высоких урожаев у многолетних растений применяют удаление цветоносных побегов (щавель, ревень).

Стеблеплодные растения формируют овощ в виде утолщенного стебля реповидной формы. Для формирования стеблеплода необходимо создавать условия, при которых процессы роста корней и листьев проходили бы быстрее, а образование цветоносных стеблей задерживалось (кольраби).

Корневищные растения образуют мощное корневище, которое может продолжать свой рост в течение не скольких лет. Корневищные растения, начиная со второго года жизни, ежегодно образуют стебли. Однако появление их не отражается на качестве овоща. Поэтому никаких мероприятий по борьбе со стеблеванием не применяют (хрен).

Овощные растения характеризуются широким разнообразием форм, что выражается в их различиях по габитусу, продолжительности жизни. Существуют классификации, в которых, с одной стороны, объединяются близкие по названным признакам культуры, принадлежащие к разным семействам, с другой — внутри культур выделяются жизненные формы (морфобиотипы), значительно различающиеся между собой.

У овощных культур с жизненной формой тесно связаны биологические и хозяйственно ценные признаки — продолжительность жизни, размеры и пространственная ориентация надземных органов и корневой системы, ритмы роста и плодоношения, урожайность и качество продукции, устойчивость к неблагоприятным условиям внешней среды, болезням и вредителям.

Проявление новых жизненных форм часто обусловливает более высокий уровень технологии. Так, появление детерминантных форм томата, перца, огурца, гороха позволило создать сорта высокой скороспелости и механизировать уборку. Появление кустовых форм тыквы, кабачка, патиссона значительно упростило механизацию их возделывания.

В отличие от представителей дикой флоры, где жизненные формы являются результатом приспособления к условиям местообитания, жизненные формы культурных растений создаются в процессе селекции и удерживаются в дальнейшем напряженным отбором.

Жизненные формы многолетних поликарпических растений представлены одноглавыми (скорцонера, овсяный корень), стержнекорневыми и многоглавыми (ревень, щавель), короткокорневищными (спаржа, лук-батун, лук-шнитт), корнеотпрысковыми (хрен) растениями. К этой группе относятся также растения, образующие клубни стеблевого (картофель) и корневого (батат) происхождения, луковицы (лук репчатый, чеснок, лук многоярусный).

Двулетние и однолетние культуры (монокарпические) включают растения с наземными (кочанная капуста, салат, кольраби) и подземными запасающими органами (корнеплоды), однолетние полурозеточные (салат, шпинат, горчица) и безрозеточные (томат, перец, баклажан, кустовые сорта тыквы, кабачка, фасоли), стелющиеся (бахчевые, грунтовые сорта огурца), лазающие (горох, тепличные сорта огурца) и вьющиеся (фасоль) лианы.

Общеизвестно также деление растений по продолжительности жизни на однолетние, двулетние и многолетние.

Однолетние (монокарпические растения) — наиболее четко определенная группа овощных растений (горох, боб, фасоль, огурец, дыня, тыква, арбуз, томат, перец, баклажан, салат, укроп, редис, шпинат). У всех однолетних жизненный цикл от посева семян до созревания новых семян заканчивается в один вегетационный период. Наибольшее значение у них имеет длина периода от появления всходов до появления продуктовых органов — овощей.

У раннеспелых культур — редиса, салата, шпината, листовых сортов капусты — от появления всходов до уборки урожая проходит от 25 до 40 дней, у других растений — таких, как томат, огурец — до начала сбора плодов проходит 70–100 дней.

Набор скороспелых и поздносозревающих однолетних растений в значительной мере обеспечивает конвейерное поступление продукции на протяжении весенне-летнего и осеннего периодов времени.

Период созревания семян для большинства однолетних культур увеличивается на 40–60 дней. У таких растений, как редис, салат, укроп техническая спелость наступает намного раньше биологической. А у плодовых растений: арбуз, дыня, тыква, томат, физалис, техническая спелость плодов совпадает с биологической спелостью, когда семена полностью сформировались и переходят в состояние послеуборочного дозревания.

Двулетние — тоже монокарпические растения, завершают свой жизненный цикл за два вегетационных периода. К ним относятся: морковь, свекла, петрушка, сельдерей, капуста (кроме цветной и брокколи), редька, брюква, репа, репчатый лук.

В первый год жизни они формируют продуктовые органы — кочаны, корнеплоды, луковицы, а на второй год, после зимнего хранения, завершают свой жизненный цикл, они цветут и образуют семена.

В продовольственном отношении у двулетних растений наибольший интерес представляет первый год жизни, когда формируется собственно овощ. Но для познания природы растения большое значение приобретает изучение причин, определяющих переход развития двулетних растений от вегетативного состояния к репродуктивному.

Одной из главных причин, определяющих развитие двулетних растений, является воздействие на них в период зимнего хранения пониженных температур.

Многолетние — относятся к поликарпическим растениям и способны к многократному плодоношению в своей жизни. Сюда относятся многолетний лук, ревень, щавель, эстрагон, спаржа, артишок, любисток и др. Они выделяются в особую группу не по продолжительности жизненного цикла (от семени до семени), а по продолжительности выращивания на одном месте.

У многолетних растений с окончанием лета вся надземная часть отмирает, а органами возобновления являются почки, которые зимуют в почве за счет запасов пластических веществ в корневищах, корнях, луковицах. Перезимовавшие почки весной пробуждаются, трогаются в рост, образуют новые побеги, листья, корневища.

Формирование продуктовых органов и семян у них происходит начиная со второго или третьего года жизни и продолжается в течение нескольких лет.

Мы рассмотрели группировку овощных растений по различным признакам. Деление овощных растений на однолетние, двулетние и многолетние носит условный характер. Если на родине томат, перец, базилик, майоран — многолетние растения, то у нас они являются типичными однолетниками.

Продолжительность жизни для некоторых видов является сортовым признаком. Например, большинство сортов редьки относится к двулетним, а сорта Ремо, Штутгартская, Одесская 5 и другие летние формы образуют семена в первый год жизни.

Таблица 2. Классификация овощных растений по биологическим и хозяйственным признакам

Место каждого овощного растения с учетом принадлежности к соответствующему ботаническому семейству, продолжительности жизни и формируемого им продуктового органа приведено в табл. 2.

Контрольные вопросы

1. Чем различаются биологическая и хозяйственная классификации овощных растений?

2. К каким ботаническим семействам относятся овощные растения? Приведите примеры.

3. На какие группы делятся растения по органам, употребляемым в пищу?

4. Как подразделяются растения по продолжительности жизни?

6 Морфологическое строение растений

Растение начинает свой жизненный путь с прорастания семени, из которого образуются основные органы: корень, стебель, лист, цветки, плоды и семена (см. рис. 2).

Рис. 2. Строение растения

При прорастании семени вначале появляется зародышевый корешок, превращающийся позже в развитую корневую систему.

Корень — основной подземный вегетативный орган растения.

Корень прикрепляет растение к почве и обеспечивает противостояние растения ветру; поглощает и доставляет растениям воду с растворенными в ней минеральными веществами почвы; служит нередко вместилищем запасных питательных веществ; служит органом размножения при наличии придаточных почек.

Различают три типа корней. Главный корень развивается из зародышевого корешка прорастающего семени, имеет в почве вертикальное положение, углубляясь своим концом в нижние грунтовые слои.

По сторонам главного корня из него появляются боковые корни первого порядка, от них корни второго, затем третьего порядка и т. д.

Придаточные корни возникают не из главного или боковых корней, а из частей побега, т. е. стебля (томат, огурец, тыква и др.), листьев или на видоизмененных стеблях: корневищах (спаржа, хрен, ревень), клубнях (картофель), луковицах (лук, чеснок). Успешному появлению придаточных корней способствует соприкосновение частей стебля и листьев с увлажненной почвой.

Корневая система бывает стержневая, где главный корень достигает мощного развития и резко выделяется по толщине и длине в массе боковых и придаточных (томат, щавель); мочковатая, состоящая из массы придаточных корней (луковые, огурец, салат) и разновидности корня — конусовидные, веретенообразные, репчатые — встречаются у свеклы, моркови, брюквы, репы и т. д. — на корнях бобовых растений образуются мелкие округлые выросты — клубеньки. Клубеньковые бактерии усваивают свободный азот воздуха и превращают его в доступные растениям соединения.

Корни многих овощных растений используют в пищу (все корнеплоды).

Надземная часть стебля растения с развивающимися на нем листьями называется побегом. Вместе с боковыми побегами он составляет остов растения. Стебель выполняет опорную (механическую) и проводящую функции. По стеблю осуществляется двухстороннее перемещение питательных веществ от корней к листьям и от листьев к другим органам.

Стебель состоит из узлов (место прикрепления листьев к стеблю) и междоузлий (участки стебля между узлами), несет на себе почки, листья, цветки и плоды. Угол между стеблем и листом в месте его отхода называется листовой пазухой. Всякий побег развивается из почки, следовательно, почка является зачаточным побегом. Место перехода стебля в корень называется корневой шейкой. Длина междоузлий бывает очень короткой. Примером укороченного побега является почка, а для взрослых побегов — кочан капусты, розетка прикорневых листьев корнеплодов в первый год жизни.

По характеру роста стебель бывает прямостоячий (томат, перец), приподнимающийся, ползучий, стелющийся (плети огурца, тыквы), вьющийся (фасоль).

Рис. 3. Строение стебля у различных овощных растений

Все овощные растения имеют травянистый стебель (см. рис. 3).

Корневище — видоизмененная утолщенная подземная часть стебля, служит для вегетативного размножения и обеспечения запаса питательных веществ (хрен, спаржа).

Клубень — видоизмененный стебель, у которого есть несколько междоузлий (картофель).

Луковица — подземный сильно укороченный побег с коротким плоским стеблем — донцем и листьями — мясистыми чешуями.

Безлистый стебель, заканчивающийся соцветием, называется цветочной стрелкой (лук).

Лист — это орган ассимиляции, газообмена и испарения. Зеленый лист синтезирует органические вещества, которые участвуют в построении растения и во всех химических превращениях.

Лист со стеблем соединяется черешком. Простые листья имеют одну листовую пластинку, сложные — несколько пластинок, каждая со своим черешком. Черешок имеет продолжение в виде центральной жилки листа с многочисленными разветвлениями. Жилки являются сосудами листа. Черешок листа служит органом ориентировки листа по отношению к свету и способствует ослаблению ударов по листовой пластине от дождя, града, ветра и пр. Усик — видоизмененный лист (огурец, тыква), он тоже участвует в фотосинтезе.

Листья некоторых растений имеют опушение, выполняющее различные функции. Оно уменьшает контакт листа с воздушным потоком, препятствуя чрезмерному испарению, отпугивает травоядных животных или отражает солнечный свет, предотвращая перегрев.

Зеленый цвет лист приобретает благодаря большому количеству хлорофилла, содержащегося в хлоропластах.

Листья очень разнообразны по форме пластинки (округлая, сердцевидная, яйцевидная, ланцетная и др.), краю листа (зубчатые, пильчатые, дольчатые и т. д.), типу жилкования (перистые, пальчатые, параллельные), типу крепления к побегу (черешковые, сидячие, объемлющие). На стебле листья размещаются спирально, или очередно (от каждого узла стебля отходит один лист), супротивно (на каждом узле прикреплено два листа напротив друг друга), мутовчато (на каждом узле расположено три и более листьев).

Цветок — орган размножения растений. Цветки бывают обоеполые — с пестиком и тычинками, и раздельно полые — только с пестиком (женские) или только с тычинками (мужские). Цветки могут быть одиночными или собраны в укороченные либо в разветвленные соцветия.

Однодомное растение имеет обоеполые (сем. пасленовые) или раздельнополые (сем. тыквенные) цветки. Если мужские цветки располагаются на одном растении, а женские на другом, то такие растения называются двудомными (спаржа, шпинат, некоторые сорта и гибриды огурца). Различают два биологических типа опыления: самоопыление и перекрестное. Самоопыление происходит в обоеполых цветках, когда пыльца из пыльников высыпается на рыльце своего же цветка (сем. пасленовые). Перекрестное опыление совершается при помощи насекомых (сем. тыквенные, сем. луковые) или ветра. У ветроопыляемых растений кукурузы метелки мужских цветков образуют много пыльцы, разносимой ветром на большие расстояния. Насекомоопыляемые цветки имеют жидкие сахаристые выделения, которые привлекают насекомых. В то же время пыльца многих растений служит пищей для насекомых.

Плод — это развившаяся после опыления и оплодотворения цветка нижняя или верхняя завязь, внутри которой находятся семена. Партенокарпия — свойство некоторых растений формировать плод без опыления. Обычно это плоды бессемянные или с недоразвитыми семенами. Это свойство растений широко используют в селекции.

Сочные плоды сем. тыквенные, пасленовые, бобовые используют в пищу в технической зрелости (огурец, кабачок, баклажан, горох, молодая фасоль, сахарная кукуруза) и биологической зрелости (томат, перец, физалис, тыква, арбуз, дыня). Незрелые плоды, кроме баклажана и кукурузы, богаты хлоропластами. Окраска сочных зрелых плодов связана с антоцианом и хромопластами.

Семя — прекрасное средство защиты молодого растения на первых этапах жизни. С одной стороны плотная наружная оболочка защищает нежный эмбрион от паразитов, высыхания, от механического и химического повреждения, с другой стороны в начале роста новое растение питается внутренней питательной тканью семени — эндоспермом до тех пор, пока не сможет жить самостоятельно.

Семена овощных культур очень разнообразны по форме, размеру, окраске, характеру поверхности.

Корень, стебель, листья — вегетативные, а цветок, плоды и семена — репродуктивные органы растений.

Контрольные вопросы

1. Какие части растения называются вегетативными, а какие репродуктивными?

2. Роль корня в жизни растений.

3. Какова функция листа?

4. К какой части растений относятся корневище, клубень, корнеплод, усик?

5. Как устроен стебель у луковицы, капусты, корнеплода в первый год жизни?

7 Рост и развитие овощных растений

В процессе исторического развития (филогенеза) растения, попадая в различные экологические условия, претерпевали изменения, которые в последующем закреплялись, и приобретенные признаки передавали по наследству из поколения в поколение.

Рост и развитие растений в онтогенезе происходит в результате взаимодействия организма с условиями среды. Следует иметь в виду, что явления эти не являются тождественными.

В агрономической практике рост понимают как увеличение размеров и массы растения в процессе новообразования элементов структуры отдельных составных частей, тканей и органов. Рост в известной мере отражает сложные процессы синтеза и распада элементов структуры живого организма, и, когда первые преобладают над вторыми, растение увеличивается в массе, давая возможность прогнозировать получение определенного урожая. Рост сопровождается увеличением высоты, толщины, массы, площади листьев, числа клеток.

В отличие от роста развитие не поддается непрерывному учету и в морфологическом отношении характеризуется возникновением в точках роста растения новых органов: листьев, побегов, цветков и соцветий. Материальной основой органообразовательных процессов является обмен веществ, протекающий в растительном организме под генетическим контролем.

Вслед за биохимическими изменениями в растении следуют процессы формирования в точках роста новых морфологических структур, по образованию которых судят о темпах развития. Основными показателями скорости развития являются время появления (число дней от всходов) цветоносных стеблей (стрелкование), цветения, созревания семян, жизненный цикл или онтогенез растения осуществляется в тесном взаимоотношении с внешней средой, представляющей комплекс почвенных и околоземных условий. Рост и развитие невозможно оценить влиянием какого либо одного фактора, но каждый из них, в зависимости от его количества, интенсивности и продолжительности воздействия способен ускорять или замедлять процессы онтогенеза. Так, продолжительное воздействие пониженной температурой от 2 до 5 °C значительно ускоряет развитие кочанной капусты, свеклы, моркови, репы, сельдерея, редьки и многих других растений. Причины их быстрого развития в прохладную влажную погоду или в период хранения зависят от географического происхождения этих культур. Родиной кочанной капусты, петрушки, свеклы и других многочисленных растений является побережье Средиземного моря, климат которого характеризуется обильными осенне-зимними осадками и сухой погодой весной и летом. Температура летом достигает 26 °C, а осенью 18 °C, зимой 10 °C и весной около 16 °C. В таких условиях наблюдается зимний период замедленной вегетации. При пониженных температурах в зимний период ростовые процессы ослаблены, но растения успевают завершить переход к репродуктивному развитию. Весной они цветут и в течение лета заканчивают свой жизненный цикл. В связи с этим, в условиях средиземноморского климата сформировались холодостойкие растения, нуждающиеся в переходе к плодоношению в продолжительном периоде пониженных температур.

Из тропической зоны произошли требовательные к теплу растения, ускоряющие свое развитие при коротком дне и повышенных температурах. Эта приспособленность выработалась в ходе многовекового формообразовательного процесса при незначительных колебаниях в течение года световых условий и температуры.

Если в начале жизни зародыша рост и развитие можно представить как единое целое, то на последующих этапах скорость роста и развития под влиянием складывающихся условий изменяется неодинаково. По времени появления репродуктивных органов и по количеству образовавшихся за этот период листьев, вегетативных побегов и по их размерам могут быть определенные соотношения между ростом и развитием.

Зная биологическую сущность процессов, протекающих в растениях, агроном может управлять ростом и развитием по своему усмотрению.

Соотношение между ростом и развитием проявляется по-разному (Е. С. Каратаев).

1. Быстрый рост и быстрое развитие протекает обычно при возделывании однолетних овощных растений, а также двулетних на второй год при выращивании семенников, когда необходимо иметь хорошую степень развития.

2. Быстрый рост и медленное развитие можно наблюдать у овощных двулетних растений, формирующих овощ вегетативного характера (кочан, корнеплод, луковица и т. д.).

3. Медленный рост и ускоренное развитие наблюдаются при неблагоприятных условиях среды, например, ранней весной, когда температура бывает низкой, рост растений задерживается, в то же время условия для прохождения температурной стадии бывают вполне благоприятными. Этим можно объяснить преждевременное образование цветоносных побегов у редьки, редиса, шпината при ранневесеннем посеве.

4. Медленный рост и медленное развитие бывают при условии, если один или несколько факторов среды будут представлены в недостаточном количестве. Такие условия обычно создают при применении метода консервации рассады, когда рост и развитие растений в рассадной фазе искусственно задерживают путем ограничения водоснабжения и снижения температуры до уровня агротехнического минимума. Аналогичная картина наблюдается в полевых условиях при засухе или недостатке тепла.

Для характеристики роста, развития и способов управления этими процессами необходимо учитывать возрастной период растения.

В онтогенезе принято выделять четыре этапа развития: эмбриональный, проходящий на материнском растении от образования зиготы до созревания семени; ювенильный (молодость) — от прорастания семени или вегетативной почки до наступления способности к образованию репродуктивных органов; этап зрелости (репродуктивный) — заложение зачатков репродуктивных органов, формирование цветков и гамет, цветение, формирование семян и органов вегетативного размножения; старость — период от прекращения плодоношения до отмирания особи.

Прохождение онтогенеза связано с качественными изменениями в обменных процессах, на основе которых происходит переход к образованию репродуктивных органов и морфологических структур.

Жизнь растительного индивидуума начинается с момента оплодотворения семяпочки и образования зиготы. В первый период индивидуум формируется в лоне материнского растения. Конечным этапом этого периода является образование семян (эмбриональный этап). Хромосомы клеточных ядер несут наследственную информацию будущих растений с теми признаками, которые свойственны данному виду и сорту. В результате взаимодействия индивидуума с условиями окружающей среды из семян формируются растения по типу своих родителей.

В практическом овощеводстве выращивают растения в большинстве случаев из семян. У многих овощных растений посевным материалом являются плоды (морковь, салат, свекла, шпинат и т. д.), поэтому индивидуальную жизнь растений целесообразнее рассматривать не с эмбрионального этапа, с которым производственнику в большинстве случаев не приходится сталкиваться, а с посевного материала.

В практике овощеводства для обозначения возрастного состояния растений чаще пользуются термином «фаза развития», обозначающим определенное морфологическое состояние растения. Для прохождения каждой фазы роста и развития различные растения требуют специфический комплекс экологических условий. Задача овощевода состоит в том, чтобы создать оптимальные условия с целью получения высокого урожая. По нашему мнению, наиболее точно обосновал фазы роста и развития П. П. Кюз. В этой работе мы приводим его деление цикла развития растений.

Фаза покоящегося семени характеризуется замедленными темпами жизнедеятельности растений, что обусловливается наличием в семенах небольшого количества влаги. В этой фазе растения могут успешно переносить неблагоприятные условия среды. Семена огурца, например, могут сохранять всхожесть при прогревании их до 78 °C или охлаждении до — 273 °C.

В фазе набухания растения поглощают большое количество воды, благодаря чему семена увеличиваются в объеме. В семенах начинается активная деятельность ферментов, которые гидролизуют (расщепляют) сложные органические соединения в более простые. Под влиянием ферментов белки распадаются до аминокислот, жиры — до липоидов, полисахара до моносахаров. Для активной деятельности окислительных ферментов необходимо обеспечить хороший доступ кислорода.

Наличие удобоусвояемых питательных веществ для зародыша семени способствует его пробуждению.

Фаза прорастания характеризуется активным ростом зародыша, образуется корешок, который быстро увеличивается в размере. Эта фаза является начальным этапом формирования растений. Прорастание семени может проходить при определенной температуре. Семена салата, редиса, моркови, брюквы и других холодостойких растений прорастают при низкой положительной температуре (2–5 °C), семена кукурузы и овощной фасоли, клубни картофеля — при 8–10 °C, семена огурца, кабачка, тыквы, томата — при 12–15 °C, дыни, арбуза, баклажана — при 16–17 °C. Недостаток тепла в течение продолжительного времени затормозит прорастание семян и они погибнут. Такое явление часто наблюдается при посеве семян теплолюбивых культур в непрогретую почву.

В период водопоглощения и набухания семена могут подсохнуть и вернуться в состояние покоя, что и используется при некоторых способах предпосевной подготовки семян. На более поздних этапах прорастания потеря влаги ведет к гибели проростка.

Фаза появления всходов характеризуется выходом на поверхность семядольных листочков. К этому времени запасные питательные вещества семени истощаются и растения переходят к самостоятельному (автотрофному) питанию: начинают усваивать углекислый газ листьями и поглощать корнями минеральные соли из почвы. Задача агротехники в этот период состоит в создании комплекса условий для успешной жизнедеятельности растений: наличие влаги, кислорода, питательных веществ и света. Особое внимание должно быть уделено хорошей освещенности, так как при недостатке света растения сильно вытягиваются, что отражается на их продуктивности.

Темпы прорастания и начального роста в значительной степени зависят и от размера семян. Относительно крупносемянные культуры обеспечивают не только быстрое появление всходов, но и более сильный начальный рост. Наиболее сильным начальным ростом обладают лианы (семейства тыквенные, бобовые), имеющие крупные семена. Огурец через месяц после появления всходов использует до 17 % отведенной ему площади, а морковь, по данным В. И. Эдельштейна, — около 1 %. Слабый начальный рост растений из семейств сельдерейные и луковые не позволяет достаточно полно в ранние сроки использовать солнечную энергию, что значительно повышает затраты на защиту культур от сорных растений.

Фаза роста стеблей и боковых ответвлений. Рост овощных растений связан с ветвлением, которое у культур, относящихся к различным жизненным формам, может быть моноподиальным, когда верхушечная почка в процессе онтогенеза остается все время деятельной (тыквенные), симподиальным, когда ось первого порядка оканчивается соцветием (пасленовые), и смешанным, сочетающим оба типа ветвления.

Ветвление — очень важный признак, связанный с темпами формирования урожая, продуктивностью растений, с затратами труда на пасынкование и прищипку.

На рост побегов расходуется большое количество питательных веществ, которые поступают не только за счет ассимиляции из почвы и воздуха, но и из органов запаса. Переход к шестой фазе у двулетних и многолетних растений бывает на второй год жизни, а у однолетних он проходит в первый же год.

В практике имеют место случаи преждевременного образования стеблей еще до того, как сформируются органы запаса. Однако это явление вызывается чаще всего неблагоприятными условиями среды (недостаток влаги, высокая температура и т. д.) и его следует считать аномальным. Преждевременное образование цветоносных стеблей (стеблевание) называют «выскочками», и, если оно проявляется, например, у редиса, цветной капусты, лука, формирование продуктовых органов не происходит или они бывают нестандартными.

В фазу бутонизации продолжается активный рост основных стеблей и боковых ответвлений, а вместе с ними увеличивается и количество листьев.

Фаза цветения наступает после распускания бутонов. Происходит опыление цветков и оплодотворение семяпочек. В фазу цветения перекрестноопыляющимся растениям необходимо обеспечить хорошие условия для работы пчел. Конечным этапом этой фазы является отмирание и опадение (или усыхание) лепестков.

Фаза роста плодов характеризуется усиленным разрастанием и увеличением в объеме оплодотворенных завязей. По мере роста плодов в них происходит формирование семян и накопление питательных веществ. К концу фазы плоды достигают максимальных размеров.

В фазе созревания плодов, как правило, плоды не увеличиваются в размерах. В них происходят глубокие физиологические процессы — переход питательных веществ в сложные формы и потеря влаги. Семена приобретают характерную окраску в достигают полной спелости.

Прохождение фенологических фаз роста и развития у однолетних, двулетних и многолетних растений протекает по разному. Однолетние растения все десять фаз роста в развития проходят в течение одного года (см. вклейку, ил. 2). Двулетние овощные растения в первый год проходят первые пять фаз, т. е. у них происходит формирование продуктовых органов (овощей) корнеплодов, луковиц, клубней и т. д. После чего растения переходят в состояние покоя, и в таком виде они могут сохраняться при определенных условиях до будущего года. На второй год жизни растения проходят следующие пять фаз роста и развития (см. вклейку, ил. 3).

Ил.3. Фазы роста и развития двулетних овощных культур (на примере развития моркови)

Многолетние овощные растения растут и развиваются, как и двулетние. Разница состоит в том, что после сформирования в первый год жизни органов запаса, например, корневищ, они могут возобновить свой рост в последующие годы (см. вклейку, ил. 4).

Ил.4. Фазы роста и развития многолетних овощных культур (на примере растения шнитт-лук)

Большая часть овощных растений размножается половым путем — семенами, носителями наследственных свойств и признаков организма. Для семенного размножения требуется сравнительно небольшое по массе количество семян. Он наиболее экономичный, отличается высоким коэффициентом размножения, более простой технологией выращивания, большей способностью растений приспосабливаться к условиям произрастания.

Вегетативное размножение применяют при полной или частичной потере способности культуры к семенному размножению (например, чеснок, многоярусный лук, лук шалот, хрен) и в том случае, когда при вегетативном размножении получают более высокий урожай, чем при семенном (картофель, многолетние луки), или при необходимости получения урожая в более ранние сроки. Этот способ используют также в селекционно-семеноводческой работе и при новых методах развития биотехнологии — тканевой культуре, при производстве из меристемы безвирусного материала. Прививку применяют как агроприем для повышения устойчивости размножаемых видов растений к условиям внешней среды, болезням и вредителям (например, прививая растения огурца, дыни, арбуза на тыкву).

При вегетативном размножении потомство формируется из корневищ, побегов и других вегетативных органов материнских растений. Вновь образованные из них растения сохраняют в чистоте сортовые особенности материнских особей, что имеет большое значение для гетерозиготных культур (ревень, картофель), которые при семенном размножении генетически расщепляются и теряют свои сортовые признаки.

Использование вегетативного размножения связано с большими затратами средств и труда на выращивание посадочного материала и его высадку, а также с большой опасностью передачи биологического вырождения и болезней.

Кроме общеизвестных способов вегетативного размножения клубнями и луковицами, применяют и другие — деление куста (артишок, мята, ревень, эстрагон), черенкование (томат, мята, эстрагон), прививку и другие способы.

Периодичность роста овощных растений. В процессе эволюции растения выработали особенность переходить от состояния активного роста к состоянию замедленной жизнедеятельности, которое называют покоем. Способность переходить в состояние покоя является результатом приспособления растений к постоянно повторяющейся смене теплой летней погоды суровыми зимами. Растения, находящиеся в состоянии покоя, способны противостоять низким температурам и другим неблагоприятным условиям.

У однолетних растений состояние замедленной жизнедеятельности наблюдается в фазе семени. У двулетних растений состояние покоя можно наблюдать дважды: в фазе семени и после того, как сформируются корнеплоды, клубни, луковицы, кочаны или стеблеплоды.

Используя способность растений находиться в состоянии покоя, человек может создавать запасы овощей и картофеля на длительное время. Переход в состояние покоя обусловливается обособлением протоплазмы, созданием жироподобного (липоидного) слоя на ее поверхности. Плазмодесмы втягиваются внутрь клеток. Плазмолемма отстает от клеточной оболочки. Протоплазма клеток становится более плотной и вязкой. В результате этого процессы дыхания, транспирации и роста почти затухают.

Состояние покоя у растений может быть физиологическим (глубоким) и вынужденным. Под глубоким покоем следует понимать такое состояние, при котором растения не могут начать рост даже при наличии благоприятных условий среды. Переход в состояние физиологического покоя связан с накоплением ингибиторов (абсцизовая кислота, фенольные соединения). Физиологи объясняют это установлением короткого дня и длинного темнового периода.

Примером глубокого состояния покоя могут служить свежеубранные клубни картофеля, которые не тронутся в рост, если их посадить сразу же после уборки. Если же клубни сохранять до января — февраля в хранилище, то они приобретают способность к прорастанию.

Такое же явление наблюдается при созревании репчатого лука. В Нечерноземной зоне РФ растения лука заканчивают вегетацию в начале августа и переходят в состояние покоя, хотя условия для роста растений в этот период бывают благоприятными.

Выход растений из состояния покоя обусловливается биохимическими процессами, протекающими в растениях, в ходе которых разрушаются ингибиторы и накапливаются фитогормоны (ауксин, гиббереллин), а сложные органические соединения превращаются в более простые и становятся доступными для пробуждающихся почек.

Состояние растений, когда они приобретают способность к прорастанию, но условия среды этому не благоприятствуют, называется состоянием вынужденного покоя. Примером такого состояния является хранение картофеля и овощей в таких условиях, при которых их почки не прорастают.

Способность растений находиться в состояния покоя или вегетации используется в овощеводстве для управления жизнью растений в нужном направлении.

Например, если нужно «заставить» растения быстрее закончить свой рост, прекращают поливы, уменьшают азотное питание, подрезают корневую систему.

В других случаях, например, при выгонке лука применяют отдельные приемы выведения растений из состояния покоя с целью быстрейшей их вегетации. Такими приемами являются теплые ванны для луковиц, воздействие химическими реактивами, например, тиомочевиной, этиленхлоргидрином, роданистым натрием, различными стимуляторами роста (гетероауксин, гиббереллин, этрел, производные бензимидазола и т. д.).

Ускорение выхода растений из состояния покоя и активацию процессов роста практикуют при семеноводстве двулетних овощных растений. С этой целью маточные растения (корнеплоды, кочаны вместе с кочерыгой и корнями) прикапывают для подращивания на утепленных площадках в теплицы или парники за 15–20 сут. до высадки на постоянное место.

При хранении продовольственного и кормового картофеля бывает необходимость задерживать прорастание глазков. С этой целью практикуют обработку клубней препаратом ТБ (5 %-ный дуст 2, 3, 5, 6 тетрахлорнитробензол) из расчета 2–3 кг дуста на 1 т клубней.

В состояние покоя переходят не все клетки и ткани растения. В то время как одни органы пребывают в покое (почки), другие (корни) продолжительное время растут. При переходе в спящее состояние оводненность протоплазмы в клетках почек значительно снижается и она обособляется от клеточных оболочек. Плазмодесмы, соединяющие соседние протоплазмы, втягиваются внутрь клетки, и протоплазма каждой клетки теряет связь и с клеточной оболочкой и с соседними клетками. В покоящихся почках внутриклеточные превращения протекают замедленно.

Боковые почки стебля впадают в спящее состояние в такой же последовательности, в какой они закладывались вдоль стебля, то есть первыми переходят в состояние покоя нижние, а затем верхние и, наконец, последней — верхушечная почка.

Чем раньше почка переходит в покоящееся состояние, тем продолжительнее и глубже ее покой, тем в меньшей степени она подвержена воздействию внешних условий: в ней медленнее протекают процессы обмена веществ, которые подготавливают дифференциацию точек роста и переход почки из вегетативного состояния в репродуктивное. Нижние пазушные почки характеризуются как возрастно старые, но по развитию являются молодыми. По мере поднятия вверх по стеблю возраст почек уменьшается, они позже переходят к спящему состоянию и раньше из него выходят. Главным органообразующим центром является верхушечная почка. По возрасту она самая молодая, долгое время остается деятельной, поздно переходит в состояние покоя и отличается сравнительно коротким периодом покоя. Несмотря на молодой возраст, верхушечная почка двулетних растений в период хранения самой первой заканчивает фазу дифференциации и раньше других переходит к репродуктивному развитию.

Биологическая разнокачественность почек учитывается в семеноводстве овощных культур. Генеративные органы растений обычно образуются из верхних почек стебля. Для получения семян капусты, моркови, свеклы и других двулетних растений верхушечная почка и близко к ней расположенные боковые почки более ценны, чем нижние, из которых цветоносные побеги образуются гораздо позже. Однако, при вегетативном размножении отдельных растений (томат, капуста) наибольший интерес представляют нижние почки.

Верхние почки оказывают тормозящее влияние на жизнедеятельность нижних почек. Так, у капусты после уборки кочана из верхней части оставшейся кочерыги развиваются новые побеги с листьями и даже образуются кочаны. Известны многочисленные случаи получения повторного урожая кочанов с каждого растения капусты.

Эволюция (филогенез) каждого из овощных растений включает два периода: первый — в дикой (спонтанной) флоре до введения в культуру; второй — после введения в культуру, когда наряду с естественным отбором в качестве мощного фактора эволюции включается искусственный отбор, деятельность человека с его селекционным и техногенным воздействием.

Первый период значительно продолжительнее второго. С ним связано образование крупных таксонов, семейств, родов и видов. Второй период, начавшийся с введением растений в культуру (доместикация), положил начало созданию большого разнообразия жизненных форм и сортов, привел к значительному расширению ареалов их возделывания. В этот период возникли новые виды (культигены), неизвестные в дикой природе. К ним относятся огурец и возделываемые виды тыквы, предки которых в дикой флоре неизвестны. Ч. Дарвин в качестве примера изменчивости в условиях окультуривания приводит большое разнообразие капустных растений, имеющих одного предка. Из однолетнего дикорастущего растения путем отбора и гибридизации человек получил около десяти видов: кормовая, листовая, кочанная, брюссельская, цветная, кольраби.

Существует несколько точек зрения о предках капустных растений. Древние архивы не содержат информации о происхождении этих видов. Еще менее объяснимо происхождение брюквы, репы, рапса, горчицы, которые являются амфиплоидами, полученными в результате межвидовой гибридизации капусты, горчицы, репы или сурепицы. Об этом свидетельствуют данные цитологических исследований.

Мощный фактор эволюции культурных растений — селекция. В результате селекции создано большое многообразие сортов и гибридов овощных растений, приспособленных для возделывания в различных экологических регионах и в различных условиях культуры — открытый и защищенный грунт.

Развитие генетики, биотехнологии, экологии и других фундаментальных научных направлений в биологии, использование их в практической селекции, позволяют получать новые сорта и гибриды с широкой адаптацией к стрессовым ситуациям, высокой продуктивностью и хорошим качеством продукции.

Культурные растения подчинены общим закономерностям в эволюции покрытосеменных, одним из ведущих направлений которой является эволюция от деревьев к травам, от многолетних растений к однолетним, от сильнорослых к карликовым, от позднеспелых к скороспелым. Многолетними были предки томата, перца и некоторых тыквенных культур.

Эволюция в сторону скороспелости морфологически проявляется в сокращении апикального роста, сокращении продолжительности жизни главного побега, относительно раннем начале ветвления, переходе от моноподиального ветвления к симподиальному.

Наблюдается эволюция овощных растений и в сторону удлинения вегетационного периода или отдельных его этапов. Это прежде всего выведение сортов холодостойких двулетних и многолетних культур с продолжительным периодом яровизации, например, озимой капусты, редиса, сортов томата с замедленным созреванием плодов.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения терминам «рост», «развитие».

2. Что означают понятия «филогенез» и «онтогенез»?

3. Назовите фазы роста и развития растений в процессе онтогенеза.

4. В чем заключается периодичность роста растений?

8 Отношение овощных растений к условиям внешней среды и способы их регулирования

Урожайность овощных культур и качество продукции одновременно с генетическими особенностями в значительной мере определяются комплексом внешних условий, которые в той или иной степени обеспечивают реализацию генетического потенциала. Среди многообразного комплекса условий можно выделить основные факторы жизни растений.

1. Абиотические: тепло, свет, влага, воздушно газовый режим, минеральное питание.

Наличие всех этих факторов должно быть обеспечено на соответствующем уровне в течение всего периода от посева до уборки урожая. Ни один из факторов не заменяет другого. Все они играют определенную роль в жизни растений и действие их должно проявляться только в комплексе.

Воздействуя на факторы внешней среды, человек изменяет характер роста и развития растений.

Если один из факторов будет в недостаточном количестве, то именно он будет определять величину урожая. На каждом этапе жизни требования растений к условиям среды бывают различными и роль факторов изменяется.

2. Биотические: взаимное влияние культурных растений в посеве, воздействие сорных растений, полезной и вредной микрофлоры (болезни), полезные и вредные представители животного мира (вредители).

3. Антропогенные: созданные человеком методы культуры, хирургические приемы, воздействия на биоценозы машинами, воздействие химических веществ и физических средств.

По мнению Г. И. Тараканова, уровень реакции растений на воздействие факторов внешней среды определяют три показателя: оптимум (наиболее благоприятный для растения), минимум и максимум — крайние (экстремальные) значения показателей, при которых возможна жизнь растения.

В агрономической практике, оценивая реакцию растений на условия внешней среды, ограничиваются одним показателем — требовательностью. Правильнее оценивать реакцию растений по трем показателям: требовательность, устойчивость, отзывчивость.

Требовательность оценивается по интенсивности и действию фактора, обеспечивающего получение урожая и прохождение межфазных периодов, нормальный ход жизненных процессов.

Устойчивость — это способность растения переносить экстремальные значения факторов. Она определяется значениями минимума или максимума и продолжительностью их воздействия.

При уровне действия факторов, близком к летальному, часто возникают стрессовые ситуации, оказывающие сильное влияние на рост, развитие и продуктивность растений. Наиболее опасны условия, характеризующиеся быстрым неоднократным переходом от нормальных условий к стрессу и обратно.

Устойчивость растений к стрессам меняется в процессе онтогенеза. Она значительно сильнее в фазе покоя, при замедленных темпах роста.

Низкий диапазон устойчивости характерен для генеративных органов в период формирования гамет, оплодотворения и плодообразования, а также у проростков и молодых растений.

Отзывчивость — уровень реакции на повышение или понижение интенсивности действия фактора.

Уровень реакции растений на факторы внешней среды имеет важное значение для овощеводства и определяет возможности культуры, особенности технологии, затраты энергии и средств, темпы формирования, качество и размеры урожая, экономическую эффективность производства.

В овощеводстве всегда шла работа по двум направлениям: приспособление растения к внешним условиям и приспособление внешних условий к требованиям этих растений.

Среди приемов адаптации растений к условиям внешней среды основное значение имеет повышение генетического потенциала селекционным путем. Кроме того, адаптация растения к условиям внешней среды достигается путем воздействия на него приемами, повышающими его устойчивость к неблагоприятным ситуациям. К таким приемам относятся использование высококачественного посевного материала, стимуляция жизнедеятельности растений за счет закалки, протравливания, использования стимуляторов роста, применение рассадной культуры и хирургических приемов (прищипка, пасынкование, прививочная культура).

Влияние внешних условий можно изменять определением оптимальных сроков посева и посадки, местом и сроком возделывания культур, технологией их производства.

8.1. Тепловой режим

Температура — это основной фактор, определяющий сроки и возможности возделывания овощных культур в открытом грунте и энергозатраты в тепличном овощеводстве.

Наличие достаточного количества тепла обусловливает все жизненные процессы, протекающие в растениях от момента прорастания семян до конца вегетации, — фотосинтез, дыхание, усвоение и передвижение питательных веществ.

При высоких и низких температурах в тканях и клетках происходят необратимые изменения, приводящие к гибели. Повышение температуры до определенных размеров увеличивает фотосинтез и дыхание, затем может наступить необратимая коагуляция (свертывание) белков, а при понижении температуры снижается продуктивность фотосинтеза и дыхания. Температура, при которой уравновешивается приход и расход продуктов фотосинтеза, называется компенсационной точкой.

Отношение к теплу складывается из двух показателей: теплотребовательности, определяемой достаточной для нормального роста и плодоношения напряженностью теплового режима и количеством тепла в течение вегетационного периода, а также способности растения противостоять неблагоприятным температурам.

В зависимости от этих показателей предложены классификации растений. Наиболее совершенной из них является классификация, предложенная В. И. Эдельштейном, который делит овощные культуры на пять групп (табл. 3).

Таблица 3. Классификация овощных растений по требовательности к теплу

1. Морозостойкие или зимостойкие культуры. У растений этой группы рост начинается при +1 °C, но наиболее интенсивно идет при 15–20 °C. Вегетирующие растения могут переносить кратковременные заморозки до минус 8–10 °C. Находясь в состоянии покоя растения успешно перезимовывают, в особенности при наличии снежного покрова. К этой группе относятся все многолетние культуры, а также лук порей и пастернак.

2. Холодостойкие. Семена холодостойких культур прорастают при 2–5 °C. Оптимальная температура для их роста 15–20 °C. Растения могут переносить кратковременные заморозки до минус 2–7 °C.

Температура выше 25 °C угнетает растения, а при 30–32 °C наступает компенсационная точка, когда приход от ассимиляции бывает равен расходу на дыхание. К холодостойким растениям относятся: капуста, корнеплодные растения, салат, укроп, шпинат, репчатый лук и др.

3. Условно теплолюбивые растения. Для роста растений требуется температура 15–20 °C, при 10 °C рост приостанавливается, надземная часть растений погибает при 0 °C. Единственным представителем, относящимся к этой группе, является картофель.

4. Теплолюбивые растения. Семена теплолюбивых растений начинают прорастать при 15–16 °C. Оптимальная температура для роста и развития растений 24 ± 4 °C. При температуре ниже 15 °C и выше 30 °C ассимиляция прекращается. Снижение температуры до 0 °C приводит к гибели растений.

Теплолюбивыми растениями являются: огурец, кабачок, томат, перец, баклажан.

5. Жаростойкие. Рост и развитие растений идут нормально при такой же температуре, как и у теплолюбивых растений, но растения могут ассимилировать при температуре до 40 °C. К группе жаростойких относятся: арбуз, дыня, тыква. Устойчивость к экстремальным высоким температурам обусловливается способностью коагуляции белков. Например, у арбуза порог коагуляции находится около 50 °C, а у тыквы — 60–65 °C.

Овощные культуры, возделываемые в защищенном грунте, профессор В. А. Брызгалов разделил на три группы.

1. Требовательные к теплу растения: семейства тыквенные, пасленовые, фасоль. Оптимальная температура для их выращивания 23± 5 °C.

2. Культуры требующие умеренных температур (14±2 °C): капустные растения, укроп, салат, шпинат.

3. Растения требующие пониженных температур (4±2 °C), сюда относятся все доращиваемые культуры (цветная и брюссельская капуста).

Культуры и сорта не однородны по отношению к температуре внутри групп. Меняется это отношение и в период онтогенеза. Если набухание семян может проходить при низкой положительной температуре, то прорастание их может начаться при определенном минимуме тепла. Такой минимальной температурой для холодостойких культур является 1–5 °C, для картофеля, фасоли, кукурузы 8–10 °C, огурца, томата 14–15 °C, для баклажана, перца, дыни, арбуза 16–17 °C. Повышение температуры до 25–30 °C ускоряет прорастание семян, поскольку процессы превращения сложных органических соединений в более простые идут значительно быстрее. Однако и слишком высокая температура может задержать прорастание семян. По сообщению Г. И. Тараканова, семена салата не прорастают при 30 °C.

К моменту появления всходов питательные вещества семени интенсивно расходуются на новообразования и энергетические процессы. Поэтому в регулируемых условиях защищенного грунта с наступлением этой фазы температуру снижают для холодостойких культур до 8–12 °C, для теплолюбивых до 14–15 °C. В этих условиях корневая система продолжает свой рост, так как для ее роста температура должна быть на 3–4 °C ниже, чем для роста подсемядольного колена. Спустя 5–7 суток температуру постепенно повышают до уровня оптимальной для данной культуры. Температура окружающей среды в фазе цветения и плодоношения растений должна быть более высокой, чем в другие фазы.

Колебания температуры, обусловленные сменой дня и ночи, приводят к различной требовательности растений к теплу в течение суток. Это явление называется термопериодизмом.

Растения приспособились к перенесению более низких температур в ночные часы в связи с тем, что процесс ассимиляции в это время не проходит и расход энергии уменьшается.

Исследованиями П. Ф. Кононкова установлено, что в районах, где суточная амплитуда колебаний температуры высокая, а интенсивность освещения относительно низкая, термопериодизм проявляется в большей степени. Поэтому в ночное время температура окружающей среды должна быть на 5–7 °C ниже по сравнению с дневной. Это сравнительно легко достигать в условиях защищенного грунта. В условиях открытого грунта понижение температуры ночью — обычное явление.

Б. С. Мошков отмечает, что для овощных культур в ночное время снижать температуру не следует. Однако, как показали исследования П. Ф. Кононкова, это допустимо при условии высокой интенсивности дневного освещения.

Опытами научных учреждений установлено, что в пасмурную погоду температура должна быть несколько ниже, чем в ясную, так как интенсивность фотосинтеза в это время уменьшается, соответственно нужно и снизить расход питательных веществ на дыхание.

Профессор В. М. Марков рекомендует следующие оптимальные (благоприятные) температурные условия при пасмурной погоде: для капусты, репы, редьки, брюквы, редиса, хрена — 10–13 °C; для салата, шпината, укропа, моркови, петрушки, пастернака, гороха, щавеля, ревеня, лука-батуна, шнитт-лука — 13–16 °C; для репчатого лука, порея, чеснока, свеклы, сельдерея — 16–19 °C; для фасоли, кукурузы, тыквы, томата — 19–22 °C; для перца, баклажана, огурца, дыни, арбуза — 22–25 °C.

Установление оптимальной температуры для ясной погоды и для ночного времени проводится по формуле:

Топт = Тпасм± 7 °C.

Для условий ясной погоды +7 °C, для ночного времени: –7 °C.

Если для огурца в пасмурную погоду рекомендуется температура 22 °C, то для ясной погоды она должна быть 27–32 °C, а ночью — 15–18 °C.

Установление благоприятного теплового режима больше относится к условиям защищенного грунта.

В открытом грунте регулировать тепловой режим сложнее. Наукой и практикой разработаны приемы, с помощью которых можно в значительной мере улучшать температурные условия для растений.

Огородники издавна подбирали участки для ранних теплолюбивых культур, хорошо защищенные от холодных ветров, со склоном к югу. Участки, имеющие южный склон на 2–3 °C, теплее по сравнению с северными. Поэтому условия роста и развития растений на этих участках складываются благоприятнее, чем на склонах, обращенных к северу и востоку.

Важное значение для улучшения теплового режима имеет устройство гряд и гребней, способствующих лучшему прогреванию почвы.

По данным З. С. Лежанкиной, в условиях Ленинградской области температура почвы на глубине 5 см в среднем за вегетационный период в 8 ч была на грядах выше на 2,4 °C по сравнению с ровной поверхностью.

Значительное улучшение теплового режима бывает при применении кулис из высокорослых растений.

Исследованиями Т. А. Брызгаловой, М. С. Алисова, Н. Н. Гороховской и другими установлено, что температура воздуха между кулисами в ветреную погоду бывает на 1,5–4 °C выше, чем на не защищенном участке.

В южных районах кулисные посевы выполняют другую роль, они предохраняют основные культуры от перегрева.

На изменение теплового режима оказывает существенное влияние мульчирование почвы.

Особенно хорошо улучшает тепловой режим мульчирование светопрозрачной полиэтиленовой пленкой. Исследованиями установлено, что при мульчировании почвы пленкой температура ее на глубине 5 см была на 2–3 °C, а на глубине 20 см — на 2–2,5 °C выше, чем без мульчирования.

В условиях открытого грунта овощным растениям могут причинить вред заморозки, которые в северных и центральных областях страны продолжаются до 1–10 июня. Чтобы предотвратить вредное действие весенней низкой температуры, применяют дымление или дождевание за час до наступления заморозка. Насыщение воздуха парами воды или дымом препятствует излучению тепла и благодаря этому предотвращается снижение температуры.

Наряду с созданием благоприятных условий среды важное значение имеет приспособление самих растений к неблагоприятным условиям внешней среды путем проведения закалки семян и рассады. Закаленная рассада капусты может переносить заморозки до минус 5–7 °C.

Биологический процесс качественных изменений, связанный с воздействием на растение низкими положительными температурами в течение определенного периода, приводящий к образованию генеративных органов, в агрономической практике принято называть яровизацией.

Наличие периода яровизации свойственно озимым, двулетним и многолетним растениям, принадлежащим к группе холодостойких культур, происходящих из зоны умеренного климата, и является приспособлением к перезимовке, сложившимся в период эволюции. Однолетние овощные растения этой группы на воздействие яровизирующими температурами практически не реагируют или иногда ускоряют переход к образованию регенеративных органов.

Без пребывания в условиях пониженных температур культуры, требующие яровизации, генеративных органов не образуют. Не зацветают в подобных условиях, а продолжают расти капуста, корнеплоды, лук репчатый. Большинство этих культур в первый год жизни образуют розетку листьев, кочан, корнеплод, луковицу, корневище, в фазе которых идет перезимовка. В течение перезимовки или хранения растения яровизируются. На следующий год растения образуют цветоносы, цветут и дают семена. У многолетних культур яровизация повторяется ежегодно.

Культуры и сорта различаются по темпам прохождения и продолжительности яровизации. Южные и ранние сорта имеют относительно короткий период яровизации по сравнению с более северными и поздними.

Для перехода к цветению растений, прошедших яровизацию, необходимо воздействовать на них длинным днем.

В практике промышленного овощеводства с проблемой яровизации приходится сталкиваться при возделывании корнеплодов, репчатого лука, кочанных видов капусты. При выращивании на овощ у этих культур важно задержать яровизацию и не допустить образования генеративных органов в первый год жизни и, наоборот, стимулировать ее прохождение при культуре на семена.

Часты случаи массового стрелкования ранней белокочанной капусты, сельдерея при ранней высадке рассады в годы с холодной весной, южных сортов моркови и свеклы при посеве в центральных и северных районах.

Температура оказывает большое влияние на рост корней. Низкие положительные температуры корнеобитаемого слоя, приближающиеся к 0 °C, и высокие — в пределах 30–35 °C, вызывают однозначную реакцию — уменьшение общей длины корней, утолщение их, ярко белую окраску и поверхностное расположение в почве.

При температуре почвы 22–26 °C формируется наиболее мощная разветвленная корневая система. Значительное снижение температуры почвы в зоне корней ниже этого уровня, даже на относительно короткий срок, вызывает необратимые изменения, тормозящие рост корней и не только молодых, но и взрослых растений, снижая их продуктивность.

Существование в природе отрицательного вертикального температурного градиента внешней среды растения (воздух теплее, почва холоднее) не представляет наилучших условий для развития корневой системы. Оптимальные условия для роста корней и всего овощного растения в целом, а также его высшей продуктивности создаются при положительном вертикальном температурном градиенте (воздух холоднее, почва теплее).

Контрольные вопросы

1. Какие основные показатели характеризуют отношение овощных растений к условиям внешней среды?

2. На какие группы подразделяются растения по отношению к теплу?

3. Какими способами можно повысить холодостойкость и жаростойкость растений?

4. Что такое яровизация?

5. Пути регулирования теплового режима в открытом грунте.

8.2. Световой режим

Солнечный свет является важным фактором в жизни растений. За счет солнечной энергии, углекислого газа, воды, элементов питания с помощью хлорофилла растения создают и накапливают органическое вещество (фотосинтез), осуществляют транспирацию, синтез витаминов, ферментов, хлорофилла и других веществ, в результате чего обеспечивают формирование урожая.

Световая энергия солнца поступает в виде прямой и рассеянной радиации. Прямая радиация попадает на растения в виде параллельных лучей главным образом на наружные листья и в часы полуденного солнцестояния и имеет меньшее значение для растений. Наибольшее значение в жизни растений имеет рассеянная радиация, образующаяся в результате преломления солнечных лучей от взвешенных в атмосфере паров воды, кристаллов льда, пыли и т. д.

Овощные растения произошли из разных районов земного шара, поэтому у них и различное отношение к спектральному составу, интенсивности освещения и продолжительности дня и ночи (фотопериодизм).

Лучистая энергия солнца состоит из видимых лучей — 44 % и невидимых лучей: инфракрасных — 54 % и ультрафиолетовых с длиной волны 280–380 нм — 2 %.

Внутри солнечного излучения можно выделить три диапазона, влияющие на продуктивность и морфогенез растений (возникновение и развитие органов, частей организма): длина волны до 380 нм — ультрафиолетовая (УФ), 380–750 нм — физиологическая или фотосинтетическая радиация (ФАР), 750–4000 нм — инфракрасная ближняя радиация (ИК). В среднем растения на фотосинтез используют 1–1,5 % радиации, теоретически возможно использование до 10 %.

Качество света. Инфракрасные лучи с длиной волны 750–4000 нм в пределах оптимальных температур обеспечивают в растениях нормальное течение всех физиологических процессов, в частности повышают энергию фото синтеза, влияют на морфогенез и фотопериодизм.

Видимые красные (720–620 нм) и оранжевые (620–595 нм) лучи — основной вид энергии, необходимой для фотосинтеза и морфогенеза (формирование органов) зеленых растений, их роста, цветения и плодоношения. Желтые (595–565 нм) и зеленые (565–490 нм) лучи мало влияют на физиологические процессы. Растения в этих лучах растут и развиваются медленно.

Синие (490–440 нм) лучи и фиолетовые (440–380 нм) обусловливают нормальный обмен веществ, стимулируют формирование побегов и листьев. Растения растут и развиваются нормально только при наличии всех видимых лучей. Ультрафиолетовые лучи — невидимые. Наиболее длинные из них (380–315 нм) задерживают вытягивание стебля, повышают содержание в овощах витаминов. В защищенном грунте эти лучи частично задерживаются стеклом. Витамина С в тепличных овощах на 20–30 % меньше, чем в овощах открытого грунта. Рассада, выращенная под стеклом, должна пройти световое закаливание в течение 10–15 дней перед высадкой ее в открытый грунт. Иначе она после высадки пострадает от ультрафиолетовой радиации. Ожоги листьев приводят к задержке роста, а иногда и к полной гибели растений. Растения высокогорья приспособились переносить больше ультрафиолетовых излучений, это сказывается на их карликовости. Однако эти же растения будут расти хорошо, а в некоторых случаях даже лучше без ультрафиолетового света.

Интенсивность солнечного света в течение суток меняется, достигая максимума около 12 часов дня, а минимума в утренние и вечерние часы. На интенсивность солнечного света влияет облачность и чистота воздуха (содержание пыли, дыма, водяных паров). Интенсивность освещения в насыщенной дымом атмосфере снижается более чем в 2 раза. Поэтому максимум солнечной радиации в промышленных центрах наступает не в полдень, когда в воздухе уже успевает накопиться больше пыли, а несколько раньше — к 11–12 часам, тогда как в сельской местности намного позже. Утренние и вечерние часы беднее ультрафиолетовыми и сине фиолетовыми лучами, чем полдень. Качественный состав света изменяется в зависимости от времени года и облачности. Содержание ультрафиолетовых лучей зимой в 20 раз меньше, чем летом, сине фиолетовых — в 5 раз. Все лучи этой части спектра летом имеют почти одинаковую интенсивность.

Интенсивность света. В северных районах и средней части России интенсивность и продолжительность солнечной радиации в зимние месяцы (ноябрь — декабрь — январь) снижается до такой степени, что успешное выращивание большинства овощных культур в защищенном грунте возможно и экономически целесообразно только при дополнительном искусственном освещении.

Радиация с длиной волны 380–750 нм (ФАР) является источником энергии фотосинтеза. Годовой приход ФАР зависит от географической широты территории. В связи с сезонными колебаниями длины дня и прихода ФАР в средних и высоких широтах световые условия не обеспечивают в осенне-зимние сроки возможности получения урожая светотребовательных культур (томат, огурец, редис и листовые выращиваемые из семян).

Снижение или увеличение интенсивности солнечной радиации находятся в зависимости от высоты солнца над горизонтом, а также от типа и степени облачности. Чем выше солнце над горизонтом, тем больше падает прямого солнечного света. До восхода солнца растения используют только рассеянную солнечную радиацию. С увеличением высоты солнца рассеянная солнечная радиация быстро уменьшается, а количество прямой солнечной радиации увеличивается. Соотношение между прямой и рассеянной солнечной радиацией находится в зависимости не только от высоты солнца над горизонтом, но и от состояния погоды, точнее — от типа и степени облачности. Мощные облака снижают интенсивность до 80 %.

Для большинства овощных растений оптимальная освещенность — 20000–40000 лк. Повышение яркости света свыше 70000 лк часто подавляет фотосинтез и рост растений, вызывает хлороз и ожоги тканей.

Уровень освещенности влияет на скорость развития растений. Например, у томата, огурца, перца с улучшением освещенности наблюдается ускорение начала цветения, у томата — сроков заложения первой кисти и уменьшения числа листьев, расположенных до нее, более быстрое формирование плодов.

Реакция растений на недостаточную освещенность проявляется в многократном снижении темпов накопления биомассы, задержке развития растений, нарушении формирования репродуктивных органов и т. п.

При слабой освещенности в общей биомассе возрастает удельный вес стеблей, уменьшается размер листьев и плодов. В анатомическом строении листа наблюдается уменьшение количества устьиц на единицу поверхности. Низкая освещенность способствует накоплению нитратов и снижению содержания витамина С. Зимой в теплицах при слабой освещенности (нарушение сроков посадки, длительная пасмурная погода, грязная кровля) у растений томата часто отмечается остановка развития первой кисти, опадание цветков. Это связано с недостаточным обеспечением репродуктивных органов продуктами фотосинтеза.

Требовательность к интенсивности освещенности у овощных культур различна и может меняться в зависимости от фазы роста и развития, способов выращивания.

Особенно высокую требовательность к свету растения предъявляют в начальные фазы развития, при появлении всходов, когда запасы питательных веществ семени бывают израсходованы и дальнейшее развитие растений идет за счет продуктов ассимиляции. Недостаток освещения в этот период создается за счет загущенных посевов при нарушении норм высева семян, обилия сорняков, загрязнения стекла и пленки в защищенном грунте. Это ведет к вытягиванию всходов, ослаблению растений, повреждению вредителями и грибковыми заболеваниями. В следующие фазы роста и развития требования овощных растений к интенсивности освещения могут меняться.

По требовательности к интенсивности света, обеспечивающей оптимальные условия для фотосинтеза и органогенеза, овощные культуры ориентировочно делятся на три группы.

1. Наиболее требовательные. Это растения, выращиваемые для получения плодов: арбуз, дыня, тыква, огурец, томат, перец, баклажан, фасоль, горох, кукуруза, бамия, капуста кочанная.

2. Среднетребовательные: капуста цветная, кольраби, лук репчатый, чеснок, свекла, морковь, редька, салат, картофель.

3. Малотребовательные: укроп, сельдерей, петрушка, шпинат, щавель, ревень, лук порей, спаржа, многолетний лук.

У некоторых культур потребность в свете в период непосредственно перед формированием продуктовых органов сильно снижается или даже отсутствует, так как свет способствует развитию механических или проводящих тканей и образованию хлорофилла. В результате овощи теряют вкусовые качества: становятся деревянистыми или горькими на вкус. Для получения нежных молодых побегов спаржи, листьев черешкового сельдерея, отбеленной ложной луковицы («ножки») лука порея применяют этиолирование: растения высоко окучивают. Для получения отбеленной головки цветной капусты надламывают крупный лист.

При ограниченном освещении в сочетании с низкой температурой (+4…+8 °C) можно временно хранить рассаду томата, цветной капусты, сельдерея (метод консервации).

Наименее требовательные к свету выгоночные культуры, формирование продуктовых органов у которых идет за счет запасных питательных веществ луковиц, корнеплодов, корневищ: лук, чеснок, петрушка, сельдерей, свекла, мангольд, щавель, ревень, которые выращивают для получения свежей листовой массы в теплицах в периоды недостаточной освещенности. Листья салатного цикория и ревеня при выгонке из корнеплодов и корневищ выращивают при полном отсутствии света, что улучшает вкусовые качества. Без света или при ограниченной освещенности доращивают цветную капусту, формирование головки которой идет за счет питательных веществ, отложенных в листьях и стебле, у лука порея утолщение ложной белой луковицы тоже происходит за счет оттока питательных веществ из листьев.

В защищенном грунте в период недостаточной естественной освещенности применяется электродосвечивание рассады для зимне-весеннего выращивания светолюбивых культур, и электросветокультура: выращивание скороспелых листовых (салат, укроп, петрушка, базилик) при полном искусственном освещении.

Фотопериодизм. Большое значение для овощных растений имеет продолжительность освещения. В зависимости от продолжительности дня происходит ускорение или замедление развития растений. Это явление называется фотопериодизмом. Реакция растений на длину дня связана с их географическим происхождением.

Растения длинного дня произошли из средних широт. Для образования репродуктивных органов им необходима продолжительность дня 15–17 часов. Поэтому однолетние культуры — редис, салат, шпинат, укроп, китайская капуста — в условиях продолжительного светового дня («белые ночи») начинают преждевременно цвести, редис не образует корнеплод, а листовые овощи — товарную розетку листьев и кочанов. При сокращенном (10 часовом) дне эти длиннодневные растения не зацветают до осени, усиленно формируя вегетативные органы. К длиннодневным растениям относятся и двулетние овощные культуры: капуста, брюква, репа, редька, морковь, петрушка, свекла, лук. Но в первый год, когда растения формируют только вегетативную часть, длинный день ускоряет формирование продуктовых органов: корнеплодов, кочанов, луковиц.

Для перехода этих растений к цветению в дополнение к продолжительности длины светового дня им необходим период яровизации низкой температурой. Искусственное охлаждение в специальных камерах вызывает цветение растений в первый год, при условии, что за этой обработкой следует длинный день.

Растения короткого дня произошли из тропиков и субтропиков. Для образования репродуктивных органов (цветков, плодов) им необходима продолжительность светового дня 10–12 часов. К этой группе относятся плодовые овощные: огурец, дыня, томат, перец, баклажан, бамия, фасоль, кукуруза; клубнеплодные: картофель, батат.

Растениям короткого дня фактор темноты необходим в начале их жизни, после чего они успешно могут развиваться в условиях длинного дня. Поэтому при выращивании томата, огурца и др. плодовых культур в зимнее весенний период в защищенном грунте режим досвечивания рассады не круглосуточный и составляет 10–12 часов.

Некоторые овощные культуры не реагируют на изменение длины дня и являются с точки зрения фотопериодизма нейтральными растениями. К ним относятся арбуз, спаржа, некоторые виды и сорта томата, огурца, картофеля.

Фотопериодизмом можно управлять, используя достижения селекции и различный спектральный состав света в разное время суток. Например, образование клубней у картофеля — процесс, для которого необходим короткий день. В современных линиях картофеля эта потребность в коротком дне устранена путем селекции. В умеренном климате с длиной дня более 12 часов важно, чтобы образование клубней происходило и в период длинного дня. У салата и шпината (растений длинного дня) есть линии, которые более или менее нейтральны к свету. То же самое можно сказать о томате, некоторых сортах редиса и т. д. Кратковременное освещение некоторых растений, чувствительных к фотопериоду во время длинной ночи, т. е. прерывание периода темноты с использованием красного света, позволяет превратить короткий день в длинный. При дневном досвечивании отдельных растений эффект длинного дня зависит от синего и инфракрасного излучения, а красный и зеленый спектры дают эффект короткого дня.

Для улучшения светового режима необходимо не допускать загущения и затенения. Для этого следует:

• соблюдать норму посева семян;

• прореживать всходы;

• создавать оптимальную площадь питания при посеве и посадке;

• удалять сорняки, которые затеняют растения и отбирают у них воздух и питательные вещества почвы;

• располагать гряды, гребни, ряды с севера на юг для равномерного освещения в первой и второй половине дня;

• удалять лишние боковые побеги.

В защищенном грунте:

• следить за чистотой кровли;

• соблюдать сроки выращивания с учетом требования растений к свету;

• досвечивать рассаду в зимне-весенний период;

• использовать пленку, пропускающую не менее 85–90 % света;

• при строительстве теплиц сводить к минимуму количество непрозрачных элементов конструкции и окрашивать их в белый цвет;

• соблюдать ориентацию теплиц коньком с севера на юг.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях внешней среды происходит фотосинтез?

2. Что такое физиологически активная радиация?

3. Чем отличаются растения длинного и короткого дня?

4. Какие условия освещенности нужны для выгонки и доращивания?

5. Как улучшить световой режим при загущенных посевах?

6. В какое время года свет является лимитирующим фактором?

8.3. Водный режим

Вода играет важную роль в жизни растений и является незаменимым фактором их нормального роста и развития. Вода входит в состав тканей растения, обеспечивает передвижение питательных веществ, участвует во всех физиологических и биохимических процессах и регулирует температуру листьев. Недостаток водоснабжения растений приводит к резкому снижению урожая, огрубению тканей и потере товарных и вкусовых качеств овощей. При избыточном водоснабжении овощи становятся водянистыми, они содержат мало сахаров и солей.

Овощные растения отличаются высокой требовательностью к водному режиму почвы и воздуха. Основным источником воды для них является почвенная влага.

Требовательность овощных растений к почвенной и воздушной влажности определяется развитием корневой системы, размерами и строением надземной испаряющей поверхности растений.

Размеры и строение корневой системы овощных растений чрезвычайно разнообразны (см. рис. 4).

Рис. 4. Корневая система овощных растений (по Е. Г. Петрову)

По развитию корневой системы они подразделяются на четыре группы.

1. С сильно разветвленной корневой системой, густо покрытой корневыми волосками, уходящей в глубину и ширину на 2–5 м: тыква, арбуз, дыня, столовая свекла, хрен.

2. Со сравнительно сильно разветвленной корневой системой с большим количеством корневых волосков, уходящей в подпахотные горизонты на глубину до 1–2 м: морковь, петрушка, томат, капуста при посеве семян на постоянное место.

3. С сильно разветвленными корнями, в основном располагающимися в пахотном слое и только частично проникающими в более глубокие слои почвы: капуста при выращивании через рассаду, огурец, перец, баклажан, редис, шпинат.

4. Со струновидной корневой системой, слабо разветвленной, сосредоточенной в основном в пахотном горизонте почвы и образующей небольшое количество корневых волосков: лук, чеснок.

В. И. Эдельштейн сообщает, что корневая система тыквы и арбуза в период интенсивного развития занимает объем почвы свыше 100 м3, столовой свеклы — 17 м3, а корневая система лука — всего лишь 0,3 м3.

Размеры и строение испаряющей поверхности овощных растений также имеют значение при определении требований к водному режиму почвы и воздуха.

Сильно рассеченные листья растений из семейства сельдерейных, узкие и густо покрытые восковым налетом листья луков и чеснока испаряют значительно меньше воды, чем крупные листья свеклы, шпината, салата, капусты и др.

Исключение в этом отношении составляют тыква, дыня, арбуз, которые развивают мощную листовую поверхность и сравнительно хорошо переносят засуху, т. к. обладают мощной корневой системой, которая снабжает надземную массу достаточным количеством воды и элементов питания.

Способность растений добывать влагу связана с характером развития корневой системы.

Принимая во внимание размеры, расположение и строение корневой системы и надземной части растений, Е. Г. Петров делит овощные культуры на четыре группы (см. рис. 5).

Рис. 5. Группировка овощных растений по способности извлекать воду из почвы и расходовать ее в процессе вегетации:

а — способность расходовать воду на испарение; б — способность извлекать воду из почвы; 1 — первая группа; 2 — вторая группа; 3 — третья группа; 4 — четвертая группа.

1. Растения, обладающие способностью хорошо добывать воду и интенсивно ее расходовать в процессе испарения, — свекла. Эта культура отзывчива на орошение.

2. Растения, обладающие способностью хорошо добывать воду, но расходующие ее экономно, — арбуз, дыня, тыква, овощная кукуруза, морковь, петрушка, томат, перец, фасоль. Наиболее устойчивы к недостатку воды арбуз, дыня, овощная кукуруза и фасоль; наименее устойчива — тыква, которая расходует много влаги на испарение.

3. Растения, обладающие слабой способностью добывать воду и расходующие ее неэкономно, — различные виды капусты, огурец, баклажан, редис, редька, брюква, репа, салат, шпинат, укроп, сельдерей. Эти культуры требовательны к уровню обеспечения водой и отзывчивы на орошение.

4. Растения, обладающие слабой способностью добывать воду и расходующие ее экономно, — лук, чеснок. При сравнительно небольшом расходе воды они требуют в первой половине вегетации высокой влажности почвы. Со способностью добывать и расходовать воду связана устойчивость растений к стрессу в условиях дефицита влаги. Относительно устойчивы к стрессу бахчевые, бобовые, пряно-вкусовые овощные растения, овощная кукуруза и фасоль.

Сильно, часто необратимо, реагируют на стрессовые ситуации овощные растения, обладающие слабой способностью добывать воду и неэкономно ее расходующие. Так, цветная капуста при дефиците влаги не наращивает крупной розетки листьев и очень быстро образует мелкую не товарную головку; редис не образует корнеплодов; кочанная капуста образует рыхлые кочаны; огурец прекращает рост.

Стрессовые ситуации могут складываться не только при дефиците влаги, но и при ее избытке, затоплении растений, приводящие к недостатку кислорода для корневой системы. Наиболее чувствительна к затоплению и очень требовательна к аэрации корневая система огурца. Значительно более устойчивы к избытку влаги — томат и капуста.

Вода, потребляемая растением, в основном расходуется на транспирацию, и лишь около 2 % остается в биомассе его органов. Отношение растений к воде, эффективность ее использования характеризуются рядом показателей. Потребление культурой воды с единицы площади (суммарное водопотребление) включает расход на транспирацию, испарение, сток с поверхности почвы, глубинное поглощение и количество воды, содержащееся в биомассе культуры. Выражается оно обычно в кубических метрах на гектар или в миллиметрах (10 м3/га соответствует 1 мм осадков). Количество воды, израсходованной на единицу урожая (м3/т), называется коэффициентом водопотребления (KW).

Показателем расхода воды при транспирации является транспирационный коэффициент — количество воды в граммах, израсходованное на образование 1 г сухого вещества. Коэффициент водопотребления и транспирационный коэффициент различаются у овощных культур и различных сортов. Меняются они в зависимости от условий выращивания, биомассы и продуктивности фотосинтеза. Чем выше эти показатели, тем ниже коэффициенты.

Приведем транспирационные коэффициенты некоторых овощных культур: капуста кочанная — 250–600, картофель — 285–575, томат — 500–650, огурец — 700 и более.

Суммарное водопотребление обычно возрастает с повышением плодородия почвы, с улучшением условий минерального питания, увеличением густоты стояния растений и урожайности.

Водопотребление овощными культурами неодинаково в течение онтогенеза. Наибольшая потребность в воде необходима в период прорастания семян. Снижение влажности почвы ниже оптимального уровня увеличивает период их прорастания или может быть губительным, особенно для туговсхожих семян (морковь, петрушка, пастернак, укроп, свекла и др.). Для набухания и передвижения питательных веществ в прорастающем семени необходимо небольшое количество воды, но в почве эти процессы нормально проходят только при сравнительно высокой ее влажности. В дальнейшем водопотребление относительно невелико в период начального роста, на первых этапах формирования ассимиляционного аппарата, но значительно возрастает с началом формирования продуктовых органов. Во время созревания плодов, семян и луковиц потребность во влаге снижается, а избыток становится вредным.

Наименьшая влагоемкость (НВ) — важнейшая агрономическая характеристика почвы, так как показывает запас доступной для растений воды, который почва может удерживать длительное время. Почва при этом находится в мягкопластичном состоянии, и условия для ее обработки наилучшие. Оптимальный уровень влажности почвы в открытом грунте для большинства овощных культур (капусты, овощной кукурузы, листовых, картофеля, томата и др.) должен составлять 70–80 % НВ, для корнеплодов — 60–70 % НВ, для огурца — 80–100 %, при такой влажности почвы растения используют ее наиболее продуктивно. Разность между значением НВ и фактической влажностью почвы называется дефицитом влаги в почве и используется при расчете оросительных и поливных норм.

В защищенном грунте в зимние месяцы необходимо поддерживать влажность тепличного грунта на уровне 50–60 % НВ, так как более высокий уровень влажности приводит к угнетению и задержке роста корневой системы, что отрицательно сказывается на продуктивности растений в марте — апреле.

Все скороспелые сорта овощных растений нуждаются в воде больше, чем позднеспелые, т. к. они отличаются быстрыми темпами роста и развития, а также большей густотой стояния на единице площади.

Недостаток влаги в период плодоношения томата приводит к поражению плодов вершинной гнилью; у листовых и редиса вызывает преждевременное стрелкование; опадение цветков и молодых завязей у огурца, томата, перца; корнеплоды семейства капустных становятся грубыми и горькими. Чередование недостатка влаги с ее избытком вызывает растрескивание корнеплодов.

Растения семейства капустных больше всего нуждаются в воде во время нарастания продуктовых органов (кочанов, корнеплодов); корнеплодные растения семейства сельдерейных и маревых — в первую половину вегетационного периода, когда у них еще не образовалась мощная, глубинная корневая система; плодовые растения — во время плодоношения; луковые — в период усиленного нарастания листьев. Для луковых растений, образующих крупную луковицу, подача воды должна прекращаться за 3–4 недели до уборки в целях лучшего вызревания луковицы.

Водный режим почвы регулируется поливами. Для этой цели нужно использовать воду, не содержащую вредных солей и имеющую близкую к нейтральной реакцию. Температура воды для полива не должна быть ниже температуры воздуха в открытом грунте. При поливе холодной водой в тканях растений требовательных к теплу овощных культур повышается вязкость протоплазмы, понижается сосущая сила, вследствие чего резко снижается поступление в растения воды и, несмотря на наличие воды в почве, наступает так называемая физиологическая засуха.

Свои особенности имеет поддержание водного режима в защищенном грунте, что связано с малым объемом субстрата, применением повышенных доз минеральных удобрений, высоким приходом солнечной радиации весной и летом, малым — осенью и зимой. Зимние теплицы имеют двойное регулирование водного режима — поверхностный полив (дождевание и капельный полив) и дренирование субстрата.

Большое влияние на рост и развитие овощных растений оказывает относительная влажность воздуха.

По требовательности к влажности воздуха овощные растения делят на три группы.

1. Требующие влажность воздуха 60–65 % — томат, баклажан, перец, фасоль, бахчевые.

2. Требующие влажность воздуха 70–75 % — капуста, морковь, свекла, укроп, петрушка, щавель, лук порей.

3. Требующие влажность воздуха 80–90 % — огурец, салат, шпинат, сельдерей, лук на зеленый лист.

Значительное снижение относительной влажности воздуха при повышенной температуре замедляет транспирацию и фотосинтез, способствует распространению опасных вредителей.

Избыточная влажность воздуха способствует формированию у растений рыхлых листьев с небольшим количеством устьиц. Плохо переносят повышенную влажность воздуха бахчевые культуры. Особенно неблагоприятна высокая влажность воздуха при подготовке рассады для открытого грунта, т. к. после посадки в поле у растений сильно нарушается водный обмен и снижается приживаемость. Избыточная влажность воздуха усиливает поражаемость растений бактериальными и грибными болезнями, а в период цветения она препятствует нормальному опылению цветков и оплодотворению завязей.

Особое внимание следует обращать на требование овощных растений к относительной влажности воздуха в защищенном грунте. Влажность воздуха можно снизить более редкими поливами и повышением температуры воздуха, а также усиленным проветриванием. Относительную влажность воздуха можно повысить снижением вентиляции, обильными поливами, опрыскиванием растений и сооружений защищенного грунта.

Расход воды на 1 га площади, выраженный в кубических метрах за один полив, составляет поливную норму. Поливная норма зависит от фазы роста и развития растения, мощности корневой системы, водно-физических свойств почвы, температуры воздуха и способа полива.

Расход воды на 1 га за весь вегетативный период растений составляет оросительную норму. Оросительная норма равна сумме поливных норм.

Совокупность числа, сроков и норм поливов называется режимом орошения.

Под поливами обычно понимают искусственное увлажнение почвы. Однако наряду с этим поливы могут иметь и другое назначение: борьба с заморозками, обеспечение внекорневых и почвенных подкормок, увлажнение надземных частей растений и приземного слоя воздуха и др. Решение этих задач при помощи поливов, а в ряде случаев и совмещения в одном поливе нескольких назначений (например, полив и подкормка) еще более повышает значение орошения.

В настоящее время в овощеводстве применяют пять видов поливов (табл. 4).

Таблица 4. Виды и назначение поливов овощных культур

1. Предпосевные, предпосадочные и послепосевные, обеспечивающие хорошие всходы семян и приживаемость растений; поливные нормы равны 100–200 м3/га.

2. Основные вегетационные поливы для восстановления запасов влаги в корнеобитаемом слое поливными нормами 200–550 м3/га.

3. Освежительные поливы для увлажнения надземных органов растений и приземного слоя воздуха в жаркие дни поливными нормами 20–30 м3/га.

4. Противозаморозковые поливы для предохранения надземных органов растений от небольших заморозков в весенний и осенний периоды.

5. Подкормочные поливы для внесения с водой удобрений в растворенном виде.

Основными методами регулирования водного режима почвы является орошение, осушение, сохранение чистых паров, соответствующие приемы обработки почвы, лесозащитные и кулисные посевы, профилирование поверхности, мульчирование.

Для улучшения водного режима при недостатке влаги овощные растения размещают на участках с пониженным рельефом.

Орошение — наиболее надежный способ создания оптимальной обеспеченности влагой овощных растений. Вид полива и способ орошения определяют характер увлажнения почвы и влажность воздуха. В овощеводстве применяют полив дождеванием, по бороздам и капельный. При поливе дождеванием наряду с увлажнением почвы повышается относительная влажность воздуха, увлажняется поверхность листьев, что позволяет использовать дождевание для снижения температуры листьев в жаркую погоду.

В районах избыточного увлажнения, а также на заболоченных территориях, наиболее характерных для Нечерноземья, для улучшения водного режима почв применяют различные способы осушения. В то же время в засушливые годы на осушенных почвах влагообеспеченность овощных культур может резко ухудшаться.

Профилирование поверхности почвы путем нарезки гряд и гребней в районах с избыточным увлажнением усиливает испарение влаги из почвы, способствует стеканию излишков влаги и улучшает аэрацию корнеобитаемого слоя. Мульчирование препятствует испарению влаги и образованию корки. Кулисные посевы и лесополосы способствуют увлажнению окружающего воздуха, сокращают испарение влаги почвой и листьями овощных растений.

В накоплении, сохранении и эффективном использование влаги существенное значение имеют пары и система обработки почвы. Значение чистых паров сводится к исключению расходования влаги из почвы путем транспирации растений в течение вегетационного периода или части этого периода, что позволяет накопить влагу в почве и компенсировать недостаточное количество осадков. Важным средством накопления и сохранения почвенной влаги являются приемы обработки почвы. Ранняя зяблевая вспашка, ранневесеннее боронование зяби, рыхление междурядий, разрушение почвенной корки на овощных культурах уменьшают непродуктивное испарение с поверхности почвы. Верхний рыхлый слой почвы снижает потери влаги на испарение, хорошо аккумулирует выпадающие осадки и весенние талые воды. Обработка почвы поперек склона сокращает поверхностный сток воды в 2–10 раз по сравнение со вспашкой вдоль склона и обеспечивает увеличение запасов влаги в почве на 30–95 %.

Контрольные вопросы

1. Перечислите группы овощных растений по развитию корневой системы?

2. На какие группы делятся овощные культуры по способности добывать и расходовать воду?

3. На какие группы делятся овощные культуры по требовательности к влажности воздуха?

4. Чем определяется требовательность овощных растений к почвенной и воздушной влажности?

5. Какие виды поливов применяют в овощеводстве?

8.4. Воздушно газовый режим

Атмосферный воздух содержит 78 % азота (N), 21 % кислорода (O2), 0,03 % углекислого газа (диоксид углерода, CO2) и 0,97 % инертных газов. Из элементов воздушно газовой среды наибольшее значение для растений имеет кислород и углекислый газ.

Кислород необходим для дыхания растений, при котором освобождается энергия, необходимая для роста и протекания жизненных процессов. Доступ кислорода необходим надземной части растений и корням. Потребность в кислороде проявляется с первых моментов жизни растения — прорастания семени.

Надземная часть растений не испытывает недостатка в кислороде, но корневая система при уплотненной почве и образовании почвенной корки, при избыточном увлажнении угнетается, ослабляется ее рост. Это приводит к снижению продуктивности или полной гибели растения. Кислород воздуха необходим также для почвенных микроорганизмов, участвующих в питании растений.

В целях улучшения аэрации почв применяют следующие мероприятия:

• на переувлажненных почвах овощные растения выращивают на грядах или гребнях;

• после дождей или поливов необходимо проводить рыхление для уничтожения почвенной корки. При этом почва должна рассыпаться и не образовывать глыбы;

• в защищенном грунте подбирают хорошо аэрируемые субстраты и контролируют водный режим.

Углекислый газ (диоксид углерода, СО2) необходим растениям для фотосинтеза.

45 % сухого вещества растения состоит из углерода, который растение усваивает из воздуха. Дневное потребление углекислого газа овощными культурами на 1 га достигает 500 кг. Поэтому наряду с обеспечением растений элементами минерального питания и водой нужно создавать условия для повышения содержания углекислого газа в воздухе. Обогащению приземного слоя воздуха углекислым газом способствует внесение органических удобрений и поддержание рыхлого состояния почвы. Рыхление почвы увеличивает приток кислорода в нее, улучшая деятельность микроорганизмов и усиливает дыхание корней, что приводит к увеличению выделения углекислого газа из почвы.

При повышении концентрации этого газа до 0,3–0,6 % увеличивается продуктивность фотосинтеза и урожайность культур. Однако длительное повышенное содержание в почве углекислоты отрицательно сказывается на развитии корней. Особенно вредно действует избыток СО2 на прорастающие мелкие семена (моркови, петрушки, лука, сельдерея) при образовании корки на поверхности почвы. Избыточное содержание углекислоты и газа наблюдается при культуре растений на сырых, болотных почвах. Улучшить воздушно газовый режим таких почв можно мелиорацией.

В условиях защищенного грунта обеспечение углекислым газом осуществляется с помощью сжигания природного газа в газогенераторах, отбора и очищения дымовых газов котельных, пищевой углекислоты «сухого льда» и сбраживания свежего коровяка. Оптимальные концентрации углекислого газа зависят от освещенности, а также от герметичности теплицы и площади листьев.

На выделение почвой СО2 влияют система удобрения и орошения, мульчирование, повышающее температуру и оптимизирующее аэрацию, междурядные обработки, улучшающие воздушно водный режим.

Азот воздуха — это инертный газ, входящий в состав белков, хлорофилла, витаминов, ферментов и нуклеиновых кислот. Его используют клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых овощных культур. Основная масса азота поступает с удобрениями.

Для ускорения образования женских цветков у огурца, дыни, тыквы используют ацетилен, этилен, угарный газ (СО). Этилен стимулирует прорастание луковиц, семян, пыльцы. В большом количестве его выделяют старые листья и созревающие плоды. Слабо выделяют этилен корнеплоды, капуста, картофель. Выделение этилена плодами в период массового созревания в полевых условиях часто приводит к дефолиации (потере листьев). Выделение этилена плодами может быть причиной преждевременной порчи огурцов, зеленных и других овощей при совместной транспортировке продукции. В концентрации 500 л/м3 этилен используют для дозревания плодов, собранных незрелыми.

К загрязняющим атмосферу веществам относятся озон (О3), сернистый ангидрид (SO2), окись азота (NO2), аммиак (NH3), пыль, дым и др.

Контрольные вопросы

1. Каков состав атмосферного воздуха?

2. Чем отличается процесс фотосинтеза от дыхания?

3. Для чего необходимо регулярное рыхление и удаление почвенной корки?

8.5. Пищевой режим

Для большинства овощных растений наиболее пригодны высокоплодородные, богатые органическим веществом почвы. Наиболее благоприятное содержание органического вещества (гумуса) в почвах для овощных культур 3–4 %, при содержании его вдвое меньшем (1,5–2 %) урожай овощей при прочих равных условиях снижается на 12–27 %.

Из почвы растения потребляют макро и микроэлементы: азот, фосфор, калий, магний, серу, железо, марганец, бор, молибден, медь, цинк и йод.

Потребность овощных культур к минеральному питанию характеризуют общим выносом растениями элементов минерального питания с 1 га из почвы в течение одного вегетационного периода. Уровень выноса зависит от величины урожая, продолжительности вегетационного периода и содержания в почве элементов питания.

В. И. Эдельштейн по выносу элементов минерального питания разделил овощные культуры на четыре группы.

1. С большим выносом элементов питания (до 600 кг/га) — поздние и среднепоздние сорта белокочанной капусты, свекла, сельдерей, брюква, морковь, средние и поздние сорта картофеля.

2. Со средним выносом элементов питания (до 400 кг/га) — раннеспелые сорта капусты белокочанной, цветная капуста, лук порей, репчатый лук, томат.

3. С малым выносом элементов питания (до 200 кг/га) — салат листовой и кочанный, огурец, шпинат, кольраби, листовые овощные культуры и рассада.

4. С очень малым выносом элементов питания — редис.

Требовательность растений к элементам минерального питания характеризуется выносом на единицу урожая и зависит от биологических особенностей растений — скороспелости, темпов роста и развития, мощности корневой системы, чувствительности растений к реакции среды и концентрации солей в почве. По требовательности к элементам минерального питания овощные культуры условно подразделяются на три группы.

1. Очень требовательные растения со слабо развитой корневой системой, малоустойчивые к высокой концентрации и кислотности почвенного раствора — огурец, лук, морковь, чеснок, петрушка, перец, баклажан, капуста цветная и ранняя белокочанная, капуста брюссельская, салат, рассада, брокколи.

2. Требовательные растения с более развитой корневой системой, которые выдерживают относительно высокую концентрацию солей и кислотность почвы, — среднеспелые и поздние сорта белокочанной капусты, томат, свекла, шпинат, кольраби, сельдерей, хрен, фасоль, бобы, тыква, кабачок, дыня.

3. Среднетребовательные растения могут расти при широком диапазоне плодородия почв, их кислотности и концентрации почвенного раствора — щавель, репа, редька, горох, брюква, редис.

Потребность овощных растений в минеральном питании неодинакова в течение онтогенеза. Зародыш прорастающего семени расходует запасные вещества и не нуждается в минеральном питании из почвы. По мере истощения запасов семени проросток быстро переходит на корневое питание. Потребление минеральных веществ в это время мало, но молодые растения очень чувствительны к составу и концентрации почвенного раствора. Недостаточное содержание какого либо элемента питания может отразиться на последующем росте и развитии растения. Корни молодых растений усваивают калий и особенно фосфор хуже, чем азот. Поэтому в это время растения особенно нуждаются в фосфоре и калии. По мере роста и развития корневой системы и надземной массы, поглощение элементов питания усиливается. Во время активного роста особенно быстро увеличивается интенсивность поглощения азота. Для образования листовой массы необходимо повышенное азотное питание, однако потребность в азоте уменьшается у большинства овощных растений к началу формирования плодов, при этом значение фосфора и калия в питании растений возрастает. Например, огурец требователен к питанию азотом в период формирования ассимиляционного аппарата, а к питанию фосфором — перед цветением. В период плодоношения огурец нуждается в усиленном обеспечении азотом и калием. Во время формирования плодов у плодовых овощных культур и запасающих вегетативных органов (кочанов, корнеплодов, луковиц и т. д.) у двулетних культур им необходимы повышенные дозы фосфорных и калийных удобрений.

Недостаток фосфора задерживает переход к цветению и замедляет созревание плодов. Завершение роста и созревания плодов или вегетативных органов запаса идет за счет передвижения питательных веществ внутри растения из листьев.

В таблице 5 приведено количество минеральных элементов (кг), потребляемых овощными растениями при формировании 1 ц продукции.

Таблица 5. Потребность овощных культур в питательных веществах в зависимости от урожая (Г.Круг)

На основе приведенных данных можно определить потребность любой культуры в питательных элементах. Так, чтобы товарный урожай капусты белокочанной составил 500 ц/га, необходимо внести следующие дозы удобрений (кг/га): N — 175, P2O5 — 75, K2O — 225, MgO — 35. С ростом урожая возрастает потребление питательных веществ растениями, поэтому — чем выше планируемая урожайность, тем больше требуется удобрений.

Корневое питание растений зависит не только от их биологических особенностей, обеспеченности продуктами фотосинтеза, но и от интенсивности роста корневой системы, структуры и аэрации почвы, влажности, реакции среды, содержания питательных веществ, форм и соотношений минеральных элементов в почве, деятельности почвенной микрофлоры, корневых выделений и т. д.

Мощность и характер развития корневой системы в значительной мере определяют способность растений к усвоению питательных веществ. Основную массу питательных веществ поглощают молодые, растущие участки корня. Поглощающую поверхность корня очень сильно увеличивает наличие корневых волосков, которые являются зоной поглощения. Поглотительная деятельность корней может осуществляться только в условиях достаточной аэрации. Аэрация почвы оказывает сильное воздействие на почвенные микроорганизмы и связанные с их жизнедеятельностью процессы превращения питательных веществ в почве.

Температура существенно влияет не только на прорастание семян и развитие всходов, но и на поступление в растительный организм элементов питания. При пониженных температурах (10–11 °C) использование растениями фосфора затрудняется. Поступление азота ухудшается при температуре ниже 5–6 °C. Понижение температуры также оказывает отрицательное действие на поступление калия в растения.

В условиях оптимального минерального питания температура около 5–6 °C является критической для поступления основных элементов минерального питания в растения. Скорость поглощения элементов минерального питания возрастает для различных овощных культур с повышением температуры до оптимальной.

Содержание достаточного количества влаги в почве — необходимое условие нормального роста и развития растения, оказывает большое влияние и на поступление в них элементов питания. Установлено увеличение общего поступления в растение N, P, K, Ca, Mg, Zn, Cu, Mn, Co, Fe, Mo и В при оптимальном увлажнении почвы.

При дефиците влаги усвоение растением элементов питания затрудняется.

Расход воды, необходимый для создания единицы сухого вещества, значительно уменьшается в условиях достаточного обеспечения растений элементами минерального питания.

Избыток влаги, приводящий к угнетению корневой системы, вызывает голодание растений, хотя элементов минерального питания может быть достаточно.

Минеральное питание растений в значительной степени зависит от почвенных микроорганизмов, на деятельность которых влияет кислотность почвы. Растения очень чувствительны к кислой реакции почвенного раствора в начальный период роста. Повышенная кислотность отрицательно влияет на проницаемость корневых клеток, в результате чего ухудшается использование питательных веществ и замедляется рост корневой системы. На кислых почвах в растениях замедляется углеводный и белковый обмены, ухудшается питание фосфором, калием, кальцием, магнием, молибденом, марганцем и др. элементами, снижается деятельность микроорганизмов.

Все овощные растения лучше растут, развиваются и дают высокие урожаи на почвах со слабокислой реакцией среды (pH около 6,5). На кислых почвах урожай резко снижается. Наиболее чувствительны к кислотности почвы все виды капусты и лука, свекла, сельдерей, пастернак, шпинат, спаржа, перец, дыня (оптимальное значение pH 6,5–7,0); среднеустойчивы к кислотности почвы бобовые культуры, чеснок, морковь, петрушка, репа, редька, редис, баклажан, томат, кукуруза, тыква, огурец, арбуз (оптимальное значение pH 6,0–6,5); устойчивы к кислотности среды щавель, ревень (оптимальное значение pH 5,5–6,0).

Кислотность почвы можно регулировать с помощью известкования, внесения органических удобрений, применения мульчирующих материалов и промывания. Известкование обычно проводят один раз за ротацию севооборота или через 4–5 лет согласно картограмме агрохимического обследования почв. Норма внесения извести зависит от кислотности почвы, степени насыщенности ее основаниями, механического состава и биологических особенностей овощных культур. Внесение 1 т извести на 1 га уменьшает pH почвы в среднем на 0,1. Известкование должно проводиться в комплексе с внесением повышенных доз минеральных, органических удобрений.

Овощные культуры существенно различаются по отношению к концентрации солей в почвенном растворе. По солеустойчивости их делят на три группы.

1. Высокосолеустойчивые (выдерживают засоленность до 1 %): столовая свекла, тыква, баклажан, сельдерей, арбуз.

2. Среднесолеустойчивые (до 0,4–0,6 %): капуста, дыня, томат, репа, брюква.

3. Соленеустойчивые (до 0,1–0,4 %): огурец, морковь, лук, редис, чеснок, кукуруза, рассада всех овощных культур.

Все овощные культуры очень хорошо отзываются на сочетание органических и минеральных удобрений. Нормы внесения органических удобрений должны быть дифференцированы в зависимости от содержания гумуса и элементов минерального питания в почве, типа севооборота и биологических особенностей возделываемых культур. Лучшим удобрением для овощных культур является навоз различной степени разложения, перегной или компост. Органические удобрения благоприятно влияют на физические свойства почвы. Их рекомендуется вносить подтыквенные культуры и капусту. Второй культурой по органическому удобрению обычно размещают корнеплоды, раннюю белокочанную и цветную капусту, ранний картофель, морковь, лук. Все виды капусты и столовая свекла одинаково отзываются на органические и минеральные удобрения. Под тыквенные культуры наиболее эффективен свежий (неразложившийся) навоз, под капусту — полуразложившийся (полуперепревший), а под корнеплоды — перепревший навоз, компост или перегной. Органические, фосфорные и калийные удобрения вносят осенью под основную обработку почвы, а азотные — под весеннюю культивацию.

Определение оптимальных доз удобрений под овощные культуры с учетом их биологических особенностей и чередования, почвенно-климатических условий — важный этап для получения планируемого урожая. Их определяют с учетом показателей по выносу элементов минерального питания на единицу продукции, данных агрохимического анализа почвы, коэффициента использования питательных элементов из почвы и удобрений. Для корректировки минерального питания в период вегетации используют листовую диагностику.

Различают три главных способа внесения удобрений: основное — до посадки при основной и предпосевной подготовке почвы; припосевное или припосадочное — локально в рядки или около них (оно играет роль стартового удобрения, обеспечивающего питание молодых растений со слабой корневой системой, и позволяет более эффективно использовать удобрения); послепосевное (подкормка). Основное внесение органических и фосфорно-калийных удобрений обычно осуществляют осенью, а азотных — весной под предпосевную обработку почвы в зонах достаточного увлажнения. Для подавляющего большинства овощных культур оно составляет 60–90 %. Припосевное или припосадочное внесение удобрений предназначено для удовлетворения потребности растений в элементах питания в период от прорастания семян до появления полных всходов. Оно редко превышает 2–10 % общей дозы. Это локальный способ внесения удобрений одновременно с посевом семян. Подкормки вносят для удовлетворения потребностей растений, чаще всего в азоте, реже в калии в период максимального поглощения их в период вегетации. На долю их приходится до 20 % общей дозы. Подкормки проводят поверхностно, с заделкой в почву, вразброс и локально, сухими и жидкими удобрениями, корневые и внекорневые. Эффективность подкормок зависит от увлажнения почвы.

При возделывании овощных культур важное значение имеет форма применяемых удобрений. Нитратные формы азота эффективны при выращивании культур с коротким вегетационным периодом. Аммонийные формы азотных удобрений можно вносить под все остальные культуры в качестве основного удобрения и в подкормках.

Лучшими формами фосфорных удобрений для большинства овощных культур являются аммонизированный суперфосфат, аммофосфат, аммофос. Их можно применять для основного внесения в рядки и для подкормок. В овощеводстве особенно эффективны удобрения, содержащие все три основных элемента (нитрофоска, нитроаммофоска).

Для нормального роста и развития растений необходимо наличие микроэлементов, которые принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, углеводном и азотном обмене, повышают устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям внешней среды. Под влиянием микроэлементов в листьях увеличивается содержание хлорофилла, улучшается фотосинтез, усиливается ассимилирующая деятельность всего растения.

Недостаток элементов минерального питания проявляется у растений по внешнему виду.

При недостатке азота листья становятся бледными, затем желтеют и отмирают, а в случае его избытка растения становятся темно зелеными. У томата верхние листья закручиваются по центральной жилке, у других растений развивается большая вегетативная масса, но цветение и образование плодов задерживаются.

Недостаток фосфора можно определить по фиолетово-красному оттенку листьев на нижней стороне. Фосфорное голодание сильно ограничивает рост корней и надземной части, листья становятся мелкими, завязывание и созревание плодов задерживаются.

При недостатке калия наблюдается пожелтение, побурение, а затем отмирание ткани краев листьев.

Хлороз проявляется при недостатке магния, когда между жилками листьев появляется бледно желтая окраска.

Недостаток кальция приводит к повреждению и отмиранию верхушечных почек и корней.

Недостаток железа проявляется в пожелтении листьев (хлороз). Бледная окраска листьев при слабом недостатке железа бывает такой же, как и при недостатке азота. Острый недостаток железа приводит к сильному хлорозу молодых листьев.

Применяя под овощные культуры минеральные удобрения, особенно азотные, необходимо учитывать опасность последующего накопления в них нитратов. Накопление нитратов в растении связано с уровнем их содержания в почве и темпами поглощения корневой системой. Оптимальное водообеспечение снижает накопление нитратов по сравнению с условиями водного стресса. Повышению накопления нитратов способствует слабая освещенность.

Содержание нитратов снижается в течение онтогенеза.

Снизить содержание нитратов можно с помощью выбора сорта и создания условий, препятствующих их избы точному накоплению — прежде всего оптимизировать минеральное питание за счет снижения содержания NO3 в почве.

Исследованиями установлена относительно высокая способность к накоплению нитратов листовыми культурами (шпинат, салат, пекинская капуста, листья сельдерея и петрушки). Много нитратов накапливают корнеплоды свеклы и редиса. Среднее положение по накоплению нитратного азота занимают белокочанная капуста и цветная капуста, морковь, огурец, корнеплоды репы, брюквы, петрушки, сельдерея, пастернака. Относительно немного нитратов накапливают лук репчатый, перец, томат, брюссельская капуста, картофель, горох, фасоль, спаржа.

Специфические условия минерального питания складываются в защищенном грунте, где используют почвенные смеси и искусственные субстраты, обеспечивающие снабжение растений водой и элементами минерального питания. Небольшой объем субстрата, интенсивное потребление элементов минерального питания, воды и кислорода требуют постоянного контроля за составом питательного раствора и его корректировки.

Контрольные вопросы

1. На какие группы делятся овощные культуры по выносу элементов минерального питания?

2. Каково отношение овощных растений к условиям питания азотом, фосфором и калием в онтогенезе?

3. Какие факторы среды влияют на корневое питание растений?

4. Какие овощные культуры наиболее чувствительны к кислотности почвы?

5. На какие группы делятся овощные культуры по отношению к концентрации почвенного раствора?

6. Каковы основные способы внесения удобрений и их роль в питании растений?

7. Назовите внешние признаки недостатка отдельных элементов питания у овощных растений.

8.6. Биотические факторы

Каждый живой организм подвергается воздействию не только факторов неживой природы, но и других живых организмов. Эти взаимоотношения сложны и разнообразны.

На жизнь растения определенным образом влияют все компоненты агробиоценоза, состоящие из совокупности культурных и сорных растений (агрофитоценоз), а также представителей всех живых организмов на территории посева. Создаются биотические связи, проявляющиеся в форме симбиоза, конкуренции, паразитизма, хищничества.

В состав агробиоценоза входят следующие компоненты:

• основная выращиваемая культура;

• сорные растения, возникшие из имеющихся в почве семян и органов вегетативного размножения;

• микроорганизмы, живущие на поверхности листьев, корней, в ризосфере, азотфиксаторы и денитрификаторы;

• патогены грибы, бактерии, вирусы, поражающие надземную и корневую системы, и их антагонисты;

• представители микро и макрофауны — простейшие, нематоды, клещи, моллюски, насекомые, земляные черви, грызуны, птицы.

Внутри агробиоценозов наблюдается взаимное стимулирующее или угнетающее влияние компонентов друг на друга в результате конкуренции, паразитизма, выделения физиологически активных веществ (табл. 6).

Таблица 6. Оценка предшественников по их влиянию на урожайность некоторых овощных культур

Одни вещества, выделяемые высшими растениями, задерживают их рост, другие губительно действуют на микроорганизмы.

Микроорганизмы выделяют вещества, угнетающе действующие на растения, — токсины, кроме того, вещества, стимулирующие жизнедеятельность растений (витамины, регуляторы роста).

Выделение этилена овощными растениями может быть причиной задержки роста и одновременно ускорения созревания плодов (дозревание томатов). Имеются сведения о задержке роста фенхеля вместе с мятой. Определенным тормозящим (аллелопатическим) действием обладают выделения растений из семейства луковых (чесночные масла) и капустных (горчичные масла). Ингибирующим рост действием обладают выделения лука репчатого, моркови, свеклы. Общеизвестно утомление почвы при бессменном выращивании гороха, огурца, свеклы и других культур. Пожнивные остатки брокколи угнетающе действуют на рост корней салата. Сильно угнетается рост шпината при выращивании совместно с редькой или после свеклы. Корневые остатки лука угнетают растения редьки.

Аллелопатическое влияние возделываемых культур обязательно должно учитываться при составлении севооборотов, в выборе предшественников, при подборе уплотнителей и промежуточных культур.

Аллелопатическое напряжение создают и сорные растения. Корневые выделения осота и бодяка угнетают свеклу, кукурузу, картофель. Известны факты подавления сорняков корневыми выделениями овощных культур — горох подавляет развитие лебеды.

Иногда одна возделываемая культура стимулирует рост другой, что проявляется при их совместном выращивании. Газообразные выделения моркови стимулируют рост фасоли, кочанного салата, лука порея, майорана. Благоприятно влияют друг на друга ранний картофель и капуста. Томат и фасоль положительно влияют на сельдерей. Совместное выращивание редиса с салатом снижает степень поражения редиса земляной блохой (см. табл. 7).

Таблица 7. Совместимость овощных и пряно-ароматических растений

Наличие среди посевов овощных культур цветущих растений моркови, петрушки, сельдерея и других представителей семейства сельдерейные способствует размножению энтомофагов, поражающих многих вредителей овощных культур. Совместное выращивание различных видов овощей издавна практиковалось в огородничестве.

Внешние условия и технология выращивания повышают устойчивость или восприимчивость растений. Высокий уровень калийного питания повышает концентрацию клеточного сока и устойчивость растений к вредителям, питающимся соком растений и листьями. Низкая влажность воздуха способствует поражению огурца и других культур паутинным клещом.

Многие насекомые играют положительную роль в овощеводстве. К ним относятся естественные враги вредителей (энтомофаги), а также насекомые, принимающие участие в процессе опыления овощных культур, особенно семейства тыквенных. Растения опыляют пчелы, шмели, осы, мухи, дневные и ночные бабочки, муравьи.

Контрольные вопросы

1. Что такое агробиоценоз?

2. Какую роль играют насекомые при выращивании овощей?

8.7. Антропогенные факторы

При возделывании овощей работа человека всегда велась в двух направлениях: приспособление растений к условиям внешней среды и приспособление условий к требованиям растений.

Среди приемов адаптации растений к условиям внешней среды основное значение имеет повышение генетического потенциала их адаптивности путем селекции.

Приспособление внешних условий реализуется в определении места и способов возделывания культур, определении сроков выращивания, увязка комплекса мероприятий по мелиорации условий, вплоть до полного их контроля (защищенный грунт), в системе ведения хозяйства и технологии производства.

Адаптация растений к условиям внешней среды достигается воздействием на них приемами, повышающими устойчивость к неблагоприятным ситуациям. К таким приемам относятся использование высококачественного материала, повышение устойчивости и стимуляция жизнедеятельности растений за счет обработки семян и вегетирующих растений (закалка, протравливание, иммунизация, использование регуляторов роста), применение рассадной культуры и хирургических приемов (прищипка, пасынкование, прививочная культура), формирование агробиоценозов высокой продуктивности.

Особое место занимает внедрение технологий с высокой механизацией всех процессов по выращиванию, применению высоких доз органических и минеральных удобрений, химических мер по борьбе с сорной растительностью, болезнями и вредителями.

Контрольные вопросы

1. Укажите методы и способы влияния человека на повышение урожайности овощных культур.

Словарь терминов и определений

Абиотические факторы — климатические: температура, свет, воздух; механические воздействия: физические и химические свойства почвы.

Аллелопатия — взаимное влияние растений и микроорганизмов посредством выделения физиологически активных веществ.

Антропогенные факторы — созданные человеком путем воздействия на растения машинами, химическими веществами и физическими средствами.

Аэрация почвы — газообмен почвенного воздуха с атмосферным.

Биотические факторы — все компоненты агробиоценоза, состоящие из совокупности культурных и сорных растений и представителей всех живых организмов на территории посева.

Биоценоз — совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок поля.

Вегетативные части растений — корень, стебель, побег, лист.

Витамины — группа органических соединений разнообразной химической природы, необходимых человеку для нормального хода физиологических процессов.

Влажность почвы — содержание в почве влаги. Выражается в процентах от массы сухой почвы (массовая влажность), от объема (объемная влажность), от содержания влаги, соответствующего тому или иному виду влажности, чаще всего от полной или наименьшей (относительная влажность).

Выгонка — метод, при котором для формирования новых продуктовых органов используют органы запаса питательных веществ растений после прохождения ими фазы покоя.

Генеративные части растений — цветок, плод, семена.

Гумус — богатая углеродом органическая масса, образующаяся в почве при разложении растительных остатков.

Доза удобрения — его количество, вносимое под сельскохозяйственную культуру за один прием или за весь вегетационный период.

Доращивание — метод, при котором не закончившие рост растения пересаживают непосредственно из открытого грунта в защищенный грунт с максимальным сохранением всех его органов для получения товарной продукции в более поздние сроки (температура доращивания — 2–6 °C, влажность воздуха — 85–90 %).

Защищенный грунт — сооружения и земельные участки, оборудованные для создания искусственного микроклимата в целях внесезонного выращивания овощной продукции.

Известкование — мелиорация почвы путем внесения извести для понижения кислотности почвы.

Кислотность почвы (рН) — соотношение в почвенном растворе ионов водорода и гидроксида.

Коэффициент водопотребления — количество воды, израсходованное на единицу урожая (м3/т).

Кулисы — ветрозащитные ряды из высокостебельных растений, в широких междурядьях которых выращивают теплолюбивые культуры.

Микроэлементы — это элементы питания для растений, необходимые в ничтожно малых дозах.

Минеральные удобрения — промышленные или ископаемые продукты, содержащие элементы, необходимые для питания растений и повышения плодородия почв.

Морозостойкость — способность овощных культур переносить зиму.

Мульчирование — покрытие почвы тонким слоем торфяной крошки, перепревшим навозом, древесными опилками, пленкой, спанбондом для создания оптимального теплового режима почвы, влажности и борьбы с сорняками.

Наименьшая влагоемкость — максимальное количество воды, которое может находиться в почве в условиях свободного дренирования, т. е. стекания избытка влаги.

Онтогенез — период индивидуального развития растения от момента зарождения до естественной смерти.

Органические удобрения — это разной степени разложения органические вещества, являющиеся продуктами естественного происхождения (навоз, торф, солома и др.)

Партенокарпия — образование плодов без оплодотворения.

Побег — надземная часть стебля с листьями и цветками.

Питание — это обмен веществ между растением и окружающей средой.

Подкормки — внесение удобрений для улучшения питания растений в периоды максимального потребления ими питательных элементов.

Почва — сложная саморегулирующаяся поликомпонентная единая система, содержащая тесно взаимодействующие между собой твердую, жидкую и газовую фазы.

Развитие — последовательные качественные изменения, ведущие к воспроизведению себя в потомстве.

Рост — необратимое увеличение растений, связанное с возникновением клеток, тканей и органов.

Солеустойчивость — отношение растений к концентрации солей в почвенном растворе.

Термопериодизм — реакция растений на суточные и сезонные колебания температуры.

Транспирационный коэффициент — это расход растениями воды на создание единицы сухого вещества.

Удобрения — вещества, предназначенные для улучшения питания растений и повышения плодородия почв.

Фазы роста и развития — последовательные этапы индивидуального развития растений от прорастания семян до отмирания.

Фотосинтетически активная радиация (ФАР) — участок оптического излучения с длиной волн 380–710 нм, обеспечивающий фотосинтез.

Фотопериодизм — влияние на процессы развития растений длины светового периода.

Холодостойкость — устойчивость теплотребовательных культур к низким положительным температурам.

Электродосвечивание — применение электрического света при выращивании растений в качестве дополнительного к естественному.

Электросветокультура — применение электрического света в качестве единственного источника света.

Литература

1. Андреев Ю. М. Овощеводство. М.: ПрофОбрИздат, 2002.

2. Аутко А. А. В мире овощей. Минск: УП «Технопринт», 2004.

3. Бексеев Ш. Г. Овощные культуры мира. СПб.: Дия, 1998.

4. Круг Г. Овощеводство. М.: Колос, 2000.

5. Лосев А. П., Журина Л. Л. Агрометеорология. М.: Колос,

2001.

6. Матвеев В. П., Рубцов М. И. Овощеводство. М.: Агропромиздат, 1985.

7. Справочник по овощеводству / Сост. В. А. Брызгалов. Л.: Колос, 1982.

8. Тараканов Г. И., Мухин В. Д., Шуин К. А. и др. Овощеводство. М.: Колос, 2003.

9. Эдельштейн В. И. Овощеводство. М.: Сельхозиздат, 1962.

10. Ягодин Б. А., Жуков Ю. П., Кобзаренко В. И. Агрохимия. М.: Мир, 2001.

Биологические основы получения высоких урожаев овощных культур

Учебное пособие

Зав. редакцией ветеринарной и сельскохозяйственной литературы А.Е.Майорова. Художественный редактор С. Ю. Малахов. Редактор А. В. Быстрых. Корректоры А. М. Плетнева, И. А. Короткова. Подготовка иллюстраций Н. Г. Брусянина. Выпускающие Е. А. Антипова, О. В. Шилкова.

Издательство «ЛАНЬ»

Подписано в печать 20.04.10. Бумага офсетная. Гарнитура Школьная. Формат 84х108 1/32.

Печать офсетная. Усл. п. л. 6,72. Тираж 1000 экз.

Ил. 1. Географические центры происхождения овощных растений

1 — южноазиатский тропический; 2 — восточноазиатский; 3 — югозападный азиатский; 4 — средиземноморский; 5 — абиссинский; 6 — центрально-американский; 7 — андийский (южноамериканский).

Content

Вячеслав Котов, Наталья Адрицкая, Татьяна Завьялова
Биологические основы получения высоких урожаев овощных культур

Введение

2. История развития овощеводства как отрасли и науки

3. Состояние овощеводства в России и за рубежом

4 Центры происхождения овощных растений

5 Классификация овощных растений

5.1. Ботаническая классификация

5.2. Классификация по органам, употребляемым в пищу

6 Морфологическое строение растений

7 Рост и развитие овощных растений

8 Отношение овощных растений к условиям внешней среды и способы их регулирования

8.1. Тепловой режим

8.2. Световой режим

8.3. Водный режим

8.4. Воздушно газовый режим

8.5. Пищевой режим

8.6. Биотические факторы

8.7. Антропогенные факторы

Словарь терминов и определений

Литература