Непосредственное действие мороза на растения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Территория России включает различные климатические зоны. Значительная их часть приходится на районы неустойчивого земледелия, для которых характерны недостаток или избыток осадков, низкие зимние или высокие летние температуры, засоленность или заболоченность, закисленность почв и др. В этих условиях урожайность сельскохозяйственных культур во многом определяется их устойчивостью к неблагоприятным факторам среды конкретного сельскохозяйственного региона.

Непосредственное действие мороза на клетки - не единственная опасность, угрожающая многолетним травянистым и древесным культурам, озимым растениям в течение зимы. Помимо прямого действия мороза растения подвергаются еще ряду неблагоприятных факторов. В течение зимы температура может существенно колебаться. Морозы нередко сменяются кратковременными и длительными оттепелями. В зимнее время нередки снежные бури, а в бесснежные зимы в более южных районах страны - и суховеи. Все это истощает растения, которые после перезимовки выходят сильно ослабленными и в последующем могут погибнуть. Особенно многочисленные неблагоприятные воздействия испытывают травянистые многолетние и однолетние растения. На территории России в неблагоприятные годы гибель посевов озимых зерновых достигает 30-60%. Погибают не только озимые хлеба, но и многолетние травы, плодовые и ягодные многолетние насаждения. Кроме низких температур озимые растения повреждается, и гибнут от ряда других неблагоприятных факторов в зимнее время и ранней весной: выпревания, вымокания, ледяной корки, выпирания, повреждения от зимней засухи. Среди перечисленных невзгод первое место занимает выпревание растений.

1. Заморозки

Большой ущерб сельскому хозяйству наносят кратковременные или длительные заморозки, отмечаемые в весенний и осенний периоды, а в северных широтах и летом. Заморозки -- снижение температуры до небольших отрицательных величин, могут быть во время разных фаз развития конкретных растений. Устойчивость к заморозкам обусловлена видом растения, фазой его развития, физиологическим состоянием, условиями минерального питания, увлажненностью, интенсивностью и продолжительностью заморозков, погодными условиями, предшествующими заморозкам.

Наиболее устойчивы к заморозкам растения раннего срока посева (яровые хлеба, зернобобовые культуры), способные выдерживать в ранние фазы онтогенеза кратковременные весенние заморозки до --7...-10 оС. Растения позднего срока посева развиваются медленнее и не всегда успевают подготовиться к низким температурам. Корнеплоды, большинство масличных культур, лен, конопля переносят понижение температуры до --5...--8 °С, соя, картофель, сорго, кукуруза -- до --2...--3, хлопок--до -1,5...-2, бахчевые культуры -- до -0,5...-1,5 оС. Существенную роль в устойчивости к заморозкам играет фаза развития растений. Особенно опасны заморозки в фазе цветение -- начало плодоношения. Яровые хлеба в фазе всходов переносят заморозки до -7...-8 оС, в фазе выхода в трубку до -3, а в фазе цветения -- только 1--2 оС. Устойчивость растений зависит от образования при заморозках льда в клетках и межклеточниках. Если лед не образуется, то вероятность восстановления растением нормального течения функций возрастает. Поэтому первостепенное значение имеет возможность быстрого транспорта свободной воды из клеток в межклеточники, что определяется высокой проницаемостью мембран в условиях заморозков. У устойчивых к заморозкам культур при снижении температур в составе липидов клеточных мембран увеличивается содержание ненасыщенных жирных кислот, снижающих температуру фазового перехода липидов из жидкокристаллического состояния в гель до уровня О оС. У неустойчивых растений этот переход имеет место при температурах выше О °С. В целях максимального снижения повреждения растений заморозками необходимо проводить посев их в оптимальные сроки, использовать рассаду овощных и цветочных культур. Защищают от заморозков дымовые завесы и укрытие растений пленкой, дождевание растений перед заморозками или весенний полив. Для вертикального перемещения воздуха около плодовых деревьев используют вентиляторы.

2. Выпревание

Выпревание - наблюдается в нехолодные зимы с большим снеговым покровом. Находясь под толстым слоем снега при температуре около 00С, растения интенсивно дышат, расходуя запасы накопленных осенью питательных веществ, и погибают от весенних заморозков. Кроме того, истощенные растения быстро подвергаются грибковым заболеваниям. Повышают устойчивость с.-х. культур к выпреванию накопление больших запасов сахаров, экономное использование их зимой; устойчивость к грибным болезням.

Выпревание, или загнивание, всходов озимой ржи чаще отмечается в районах с глубоким и устойчивым снежным покровом, на заплывающих почвах, в низинах. При выпадении снега на слабо замерзшую землю или при больших скоплениях воды па посевах растения значительно ослабляются и быстро поражаются полусапрофитными грибами. На ржи известны следующие типы загнивания зимующих всходов ржи: склеротиниозная гниль, «снеговая крупка», снежная плесень и тифулез.

Устойчивыми к выпреванию считают растения, нормально отросшиё после 50.. .60 дней пребывания в камере, среднеустойчивыми -- после 40.. .50 дней, слабоустойчивыми -- после 30.. .40 дней.

Выпревание наблюдается главным образом на тяжелых почвах с плохой водопроницаемостью. Чаще всего этот процесс происходит под глубоким снегом в темноте при отсутствии фотосинтеза, когда наблюдается слабый рост, постепенное углеводно-белковое истощение и гибель растений. Иногда в районах с небольшим и неустойчивым снежным покровом, при рассеянном свете и высокой влажности развивается снежная плесень, которая также вызывает гибель растений. Для оценки устойчивости растений к вы-преванию на ранних этапах онтогенеза можно моделировать выпревание.

По устойчивости против выпревання разные Гибридные растения, отрастающие короткими генеративными побегами, ведут себя неодинаково. Наряду с растениями, плохо переносящими мягкие многоснежные зимы, встречаются растения, устойчивые-против выпревания. Весной эти растения рано и быстро трогаются в рост растяжением стебля, и у них очень рано начинает формироваться колос.

Причина выпревания полностью не выяснена. Учёные объясняют это явление несоответствием наследственного ритма развития растений климатическим условиям произрастания. Прекращение роста и вызревание древесины у древесно-кустарниковых форм начинается сверху и идёт вниз. Основные сучья, ствол и особенно его нижняя часть (штамб и корневая шейка) позже прекращают рост по сравнению с верхними участками и, следовательно, хуже подготовлены к ранним и резким понижениям температуры. Особенно запаздывают с прекращением роста корневая шейка и корни. Предполагают, что при сильном затяжном росте корневая шейка вообще не вступает в период покоя. Незакалённые, плохо подготовленные к зиме части растения повреждаются морозом, если рано, ещё до установления снежного покрова, начинаются сильные морозы. Этот тип зимнего повреждения относят к вымерзанию. Это так называемое «выпревание, связанное с ранними осенне-зимними морозными повреждениями».

3. Вымокание

Вымокание проявляется преимущественно весной в пониженных местах в период таяния снега, реже во время длительных оттепелей, когда на поверхности почвы накапливается талая вода, которая не впитывается в замершую почву и может затопить растения. В этом случае причиной гибели растений служит резкий недостаток кислорода (анаэробные условия _ гипоксия). У растений, оказавшихся под слоем воды, нормальное дыхание прекращается из-за недостатка кислорода в воде и почве. Отсутствие кислорода усиливает анаэробное дыхание растений, в результате чего могут образоваться токсичные вещества и растения погибают от истощения и прямого отравления организма.

В окружающей растения снеговой воде содержится основной продукт анаэробного дыхания - спирт. В условиях избытка влаги в почве образуются вредные для растений закисные соединения, ряд элементов минерального питания переходит в неусвояемое состояние. В условиях анаэробиозиса у озимых нарушаются ультраструктура и связь пигментов с белково-липидным комплекс оммембран хлоропластов, снижаются содержание хлорофилла и активность нитрат редуктазы. В растениях накапливаются продукты анаэробного превращения углеводов (пируват, лактат, этанол, ацетальдегид), увеличивается содержание свободного пролина, накопление которого рассматривается как один из способов адаптации растений к гипоксии.

Озимая пшеница более устойчива к вымоканию (гипоксии), чем озимая рожь. У более устойчивых к гипоксии сортов озимой пшеницы ткани корневой системы имеют более развитые межклеточники и воздушные полости, при недостаточной аэрации почвы образуются мелкие дополнительные корни у самой поверхности (на поверхности) почвы. Растения, выходящие из-под снега весной, при низких температурах воздуха и воды относительно устойчивы к затоплению.

С повышением температуры устойчивость резко снижается. Так, для многих травянистых растений повышение температуры воды до10 °С в течение суток приводит к снижению урожая на одну треть, за 2 суток - примерно наполовину, а при сохранении повышенной температуры в течение 8 суточный урожай практически равен нулю.

4. Гибель под ледяной коркой

Ледяная корка образуется на полях в районах, где частые оттепели сменяются сильными морозами. Действие вымокания в этом случае может усугубляться. При этом происходит образование висячих или притертых (контактных) ледяных корок. Менее опасны висячие корки, так как они образуются сверху почвы и практически не соприкасаются с растениями; их легко разрушить катком.

При образовании же сплошной ледяной контактной корки растения полностью вмерзают в лед, что ведет к их гибели, так как и без того ослабленные от вымокания растения подвергаются очень сильному механическому давлению. Причина гибели состоит в том, что растения утрачивают морозоустойчивость из-за прекращения аэрации, потому что лед практически непроницаем для газов, а также вследствие усиления влияния низких температур. Растения, как и в случае вымокания, переходят на анаэробное дыхание, при котором образуются спирт и другие токсичные вещества.

Если ледяная корка нетолстая и вмерзают только узлы кущения, а листья находятся на воздухе, то такие растения выживают, поскольку воздух проникает по межклеточникам из листьев в корневую систему. Ледяная корка не образуется, если после оттепели выпадает снег, не позволяющий морозу глубоко проникнуть в почву, тем самым предотвращая его повреждающее воздействие на растения. Ледяная корка является причиной гибели озимых на обширных площадях, особенно в Поволжье и на юге Украины.

Ледяные корки нередко являются причиной повреждения или гибели озимых. Размечают ледяные корки прозрачные или мутные, притертые или висячие (подвесные). заморозки растение выпревание засуха

Наиболее опасная притертая прозрачная корка. Она образуется, когда при оттепелях сходит весь снег и появившаяся вода с наступлением морозов замерзает. В зависимости от глубины оттаивания почвы образовавшийся лед или плотно притирается к почве, или сковывает ее на глубину оттаивания. В этих случаях озимые оказываются вмерзшими в лед.

Не менее опасна притертая ледяная корка, появившаяся в конце зимы, когда устойчивость озимых резко понижается. Значительно меньший вред наносит корка, находящаяся на поверхности промерзшей почвы, но не захватывающая узлы кущения растений.

Подвесная (висячая) ледяная корка появляется вследствие замерзания на поверхности почвы воды, скопившейся после оттепели. Если почва талая, вода под льдом впитывается и между образовавшейся коркой и почвой остается свободное пространство. Однако с наступлением оттепелей жизнедеятельность растений под коркой усиливается, а с него возрастает опасность их повреждения вследствие выпревания и вымокания.

Меры борьбы с ледяными корками:

1. Прозрачную висячую корку целесообразно разрушать сплошь или полосами (для охлаждения почвы).

2. Для борьбы с притертыми ледяными корками применяют снегозадержание, сточные борозды.

3. В конце зимы притертую корку, чтобы ускорить ее таяние, посыпают золой, калийной солью, почвой или торфяной крошкой.

5. Выпирание

Выпирание растений происходит при замерзании воды в верхнем слое почвы после оттепели. При этом почва выпучивается и поднимает слабо укоренившиеся растения, что часто вызывает разрыв корневой системы. Наиболее часто выпирание посевов наблюдается в районах избыточного увлажнения на тяжелых суглинистых почвах, а также при неустойчивой зиме с длительными оттепелями и морозами.

Если во время оттепели снеговая вода успевает впитаться в почву, а затем при понижении температуры замерзает на некоторой глубине, в результате чего образуется ледяная прослойка. Известно, что вода при замерзании расширяется. Образовавшаяся прослойка льда приподнимает верхний слой почвы и корни разрываются. Повреждение и гибель растений от выпирания наблюдается, если морозы осенью наступают при отсутствии снежного покрова, а также при оттепелях, если вода успевает впитаться в почву. Весной после оттаивания почвы растения погибают от иссушения, если не происходит их укоренение. Прикатывание почвы (растений) стимулирует образование у них новых корней.

Повреждение и гибель растений от выпирания определяются разрывами корневой системы. Выпирание растений наблюдается, если осенью морозы наступают при отсутствии снежного покрова или если в поверхностном слое почвы мало воды (при осенней засухе), а также при оттепелях, если снеговая вода успеет всосаться в почву. В этих случаях замерзание воды начинается не с поверхности почвы, а на некоторой глубине (где есть влага). Образующаяся на глубине прослойка льда постепенно утолщается за счет продолжающегося поступления воды по почвенным капиллярам и поднимает (выпирает) верхние слои почвы вместе с растениями, что приводит к обрыву корней растений, проникших на значительную глубину.

Весной после оттаивания почвы растения остаются лежать на поверхности и погибают от иссушения, если не происходит их вторичное укоренение. Своевременное прикатывание растений (почвы) стимулирует образование у них новых корней. Устойчивость растений к выпиранию определяется способностью корней к растяжению. На этом основан и метод отбора растений на устойчивость к выпиранию в селекционном процессе.

Выпирание происходит зимой или весной на тяжелых, бесструктурных, а также на взрыхленных и не осевших почвах вследствие их оседания и попеременного замерзания и оттаивания.

Подвержены выпиранию растения с неглубоким размещением узла кущения, а также недоразвитые растения, имеющие только зародышевые корни. Особенно вредно выпирание при последующих сильных морозах без снегового покрова.

Меры борьбы с выпирание:

Хорошие результаты обеспечивает посев семян на оптимальной глубине по осевшей почве.

1. Важны современная обработка почвы, применение прикатывания и использование комбинированных пахотных и почвообрабатывающих агрегатов.

2. Своевременное весеннее прикатывание посевов кольчатыми или зубчатыми катками дает возможность прижать обнаженные узлы кущения к еще влажной почве. Бороновать посевы нельзя.

6. Зимняя засуха

При сильных и продолжительных ветрах, а также при значительном нагревании солнечными лучами, особенно в ясные дни, к концу зимы побеги могут потерять через чечевички до 50% имеющейся воды и погибнуть от высыхания.

Зимняя засуха (высыхание растений) бывает во второй половине зимы или ранней весной при отсутствии снежного покрова. В солнечную погоду температура воздуха днем поднимается до 0 °С и выше. При этом надземные части растений прогреваются, что приводит к усилению транспирации, а вода из мерзлой почвы не поступает. В результате обезвоживания листьев повышается концентрация клеточного сока, сильное пересыхание тканей приводит к коагуляции белков в клетках, происходит сначала высыхание надземных органов, а затем узлов кущения и корневых шеек, и растение погибает. Особенно страдают от недостатка влаги при таких условиях слаборазвитые озимые. Это явление чаще наблюдается в районах с неустойчивым снежным покровом, т. е. на юге степной зоны.

От зимней засухи могут пострадать также плодовые и ягодные культуры. Причем обводненность растений снижается неравномерно: наибольшие потери влаги наблюдаются у однолетних веток, отсюда и большая повреждаемость их зимней засухой по сравнению с двух-трехлетними.

Зимнему высушиванию также способствуют сильные ветры и низкая относительная влажность воздуха. Меры борьбы с этим явлением -- снегозадержание, побелка стволов и скелетных ветвей.

Устойчивый снеговой покров предохраняет озимые злаки от зимнего высыхания. Однако они в условиях бесснежной или малоснежной зимы, как и плодовые деревья, и кустарники, в ряде районов России часто подвергаются опасности чрезмерного иссушения постоянными и сильными ветрами, особенно в конце зимы при значительном нагреве солнцем. Дело в том, что водный баланс растений складывается зимой крайне неблагоприятно, так как поступление воды из замерзшей почвы практически прекращается.

При длительном осеннем бесснежье наблюдается привядание озимых злаков, которое скорее полезно, так как способствует повышению морозоустойчивости озимых, что важно при отсутствии снегового покрова. Однако ранняя осенняя засуха, препятствуя кущению и укоренению озимых, их закалке, причиняет растениям значительный вред.

7. Защитные возможности растений

В неблагоприятных природных условиях устойчивость и продуктивность растений определяются рядом признаков, свойств и защитно-приспособительных реакций. Различные виды растений обеспечивают устойчивость и выживание в неблагоприятных условиях тремя основными способами: с помощью механизмов, которые позволяют им избежать неблагоприятных воздействий (состояние покоя, эфемеры и др.); посредством специальных структурных приспособлений; благодаря физиологическим свойствам, позволяющим им преодолеть пагубное влияние окружающей среды.

Однолетние сельскохозяйственные растения в умеренных зонах, завершая свой онтогенез в сравнительно благоприятных условиях, зимуют в виде устойчивых семян (состояние покоя). Многие многолетние растения зимуют в виде подземных запасающих органов (луковиц или корневищ), защищенных от вымерзания слоем почвы и снега. Плодовые деревья и кустарники умеренных зон, защищаясь от зимних холодов, сбрасывают листья.

Защита от неблагоприятных факторов среды у растений обеспечивается структурными приспособлениями, особенностями анатомического строения (кутикула, корка, механические ткани и т. д.), специальными органами защиты (жгучие волоски, колючки), двигательными и физиологическими реакциями, выработкой защитных веществ (смол, фитонцидов, токсинов, защитных белков). К структурным приспособлениям относятся мелколистность и даже отсутствие листьев, воскообразная кутикула на поверхности листьев, их густое опущение и погруженность устьиц, наличие сочных листьев и стеблей, сохраняющих резервы воды, эректоидность или пониклость листьев и др. Растения располагают различными физиологическими механизмами, позволяющими приспосабливаться к неблагоприятным условиям среды. Это САМ-тип фотосинтеза суккулентных растений, сводящий к минимуму потери воды и крайне важный для выживания растений в пустыне и т. д.

Многочисленными физиологическими изменениями сопровождается развитие холодоустойчивости и морозостойкости у озимых, двулетних и многолетних растений при уменьшении длины дня и снижении температуры в осеннее время. У сельскохозяйственных растений особое значение имеет устойчивость, определяемая выносливостью клеток растений, их способностью адаптироваться

в изменяющихся условиях среды, вырабатывать необходимые для жизнедеятельности продукты метаболизма. Лучше всего растения переносят неблагоприятные условия в состоянии покоя.

Первым сигналом для перехода к состоянию покоя является сокращение ветрового периода. При этом в клетках растений начинаются биохимические изменения, приводящие, в конечном счете, к накоплению запасных питательных веществ, снижению оводненности клеток и тканей, образованию защитных структур, накоплению ингибиторов роста. Примером такой подготовки могут служить сбрасывание листьев в осенний период у многолетних растений, развитие запасающих органов у двулетних и образование семян у однолетних.

Заключение

Одной из главных причин снижения урожайности высокопродуктивных сельскохозяйственных растений является их недостаточная устойчивость к неблагоприятным факторам среды. Поэтому чрезвычайно важно знать основные показатели, которые могут характеризовать устойчивость растений к тем или иным неблагоприятным факторам среды. Важность такой постановки вопроса очевидна, так как ведение современного сельского хозяйства требует от специалистов знания не только теоретических основ проблемы, но и умения применять различные физиологические характеристики состояния растений в экстремальных условиях.

Для определения устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды используют разнообразные методы. Это в первую очередь визуальная диагностика состояния растений: высота растения, кустистость, темпы роста, формирование листового аппарата, окраска листьев и т. д. Как правило, такие показатели используют при прямых полевых или вегетационных методах выращивания. Однако трудоемкость и продолжительность прямых методов вызвали необходимость разработки лабораторных методов диагностики устойчивости растений. В основе этих методов лежат изменения физиологических и биохимических процессов, происходящих в растениях. В зависимости от вида действующего фактора можно выделить такие показатели, как водоудерживающая способность растений, содержание свободной и связанной воды, эластичность и вязкость протоплазмы. Для определения засухоустойчивости растений применяют метод крахмальной пробы, определение выхода электролитов из тканей растений и содержания статолитного крахмала, устойчивость пигментного комплекса, скорость движения цитоплазмы.

При диагностике холодостойкости и морозоустойчивости используют содержание углеводов, активность р-фруктонозидазы, степень склерификации узла кущения, изменение электропроводности тканей, биопотенциалов и увеличение сродства к красителям.

Устойчивость к засолению можно определять по скорости прорастания семян в солевом растворе, а также использовать для этих целей такие показатели, как степень и скорость плазмолиза, «выцветания» хлорофилла, раскрытия устьиц, количество альбуминов, биохемилюминесценция, и другие показатели. Применяя различные методы определения устойчивости растений, можно уже на ранних этапах роста и развития растений выявить возможность выращивания их в той или иной экологической среде.

Размещено на Allbest.ru