Агробиологические основы производства, хранения и переработки продукции растениеводства

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - БАКАЛАВРИАТ серия основана в 1 996 г.



АГРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА, ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА
Учебное пособие


Под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, доктора сельскохозяйственных наук, профессора Г.И. Баздырева

Рекомендовано
                                            Министерством сельского хозяйства Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по агроэкономическим и агротехнологическим специальностям


Электронноznanium.com

Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту 3-го поколения


Москва ИНФРА-М 2014

УДК 633/635(075.8)
ББК 42:36.91я73
      А26




   ФЗ    Издание не подлежит маркировке   
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 1 ст. 11

       Рецензент
       заведующая кафедрой растениеводства, профессор Смоленского СХИ И.Н. Романова

       Авторы: Г.И. Баздырев и А.Ф. Сафонов (предисловие, разделы I и II, гл. 9 и 12), Ю.М. Андреев (гл. 10), А.Е. Попов (гл. 11), А.Г. Мякиньков (раздел III)




А26

  Агробиологические основы производства, хранения и переработки продукции растениеводства / Под ред. Г.И. Баздырева. — М.: ИНФРА-М, 2014. — 725 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/867 (www.doi.org).


      ISBN 978-5-16-006222-8 (print)
      ISBN 978-5-16-100241-4 (online)

         Изложены технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства, овощеводства и плодоводства. Даны основы стандартизации растениеводческой продукции.
         Для студентов сельскохозяйственных вузов по агроэкономиче-ским и агротехнологическим специальностям.
ББК 42:36.91я73

ISBN 978-5-16-006222-8 (print)
ISBN 978-5-16-100241-4 (online)

© Коллектив авторов, 2014

                ПРЕДИСЛОВИЕ







   Растениеводство, включающее многие подотрасли, связанные с выращиванием растений (полеводство, луговодство, овощеводство, плодоводство и др.), относится к числу основных отраслей сельского хозяйства и в значительной мере определяет благосостояние населения страны. Характерная особенность растениеводства — сезонность, зависящая от погодных и природно-климатических условий. Одним из главных орудий и средством труда в растениеводстве являются земля и растение. КА. Тимирязев подчеркивал, что, быть может, ни в какой другой деятельности не требуется взвешивать столько разнообразных условий, многосторонних сведений, а увлечение односторонней точкой зрения может привести к такой крупной неудаче, как в земледелии.
   Поддержание и повышение почвенного плодородия, охрана окружающей среды, рациональное использование природных и материальных ресурсов д ля получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур отличного качества, снижение потерь на всех этапах производства, хранения и переработки — важные задачи, стоящие перед специалистами агропромышленного комплекса.
   В России растениеводство ведется в разнообразных, часто экстремальных, условиях, подверженных значительным колебаниям. Поэтому специалист АПКдолжен грамотно выполнять технологические операции по возделыванию сельскохозяйственных культур.
   Задача настоящего комплексного учебного пособия состоит в том, чтобы студенты высших сельскохозяйственных учебных заведений по экономическим специальностям получили знания по агробиологическим основам производства, хранения, переработки и стандартизации растениеводческой продукции, позволяющие в дальнейшем им творчески и системно решать производственные задачи в конкретных условиях. В данной книге

3

     собраны и систематизированы учебные материалы по почвоведению, земледелию, агрохимии, растениеводству, овощеводству, плодоводству, кормопроизводству, технологии хранения, переработки и стандартизации выращенной продукции с учетом достижений отечественной и зарубежной науки и практики.

Раздел I




                ЗЕМЛЕДЕЛИЕ С ОСНОВАМИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ И АГРОХИМИИ




Глава 1
ОСНОВЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СОСТАВ И СВОЙСТВА ПОЧВЫ

  Понятие о почве. Основатель научного генетического почвоведения В. В. Докучаев дал следующее определение понятия почвы: «Почвой следует называть «дневные», или наружные, горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различного рода организмов...» Важнейшее значение в образовании почвы он придавал различным организмам. В результате их воздействия почва приобретает такие свойства, которые делают ее средой, пригодной для существования и развития живых существ.
  В. Р. Вильямс дал более точное определение почвы, подразумевая под ней «рыхлый поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений». Этим он подчеркивал наиболее существенное свойство почвы, присущее только ей, — ее плодородие.
  Под плодородием понимают способность почвы обеспечивать растения в течение всего периода вегетации элементами питания, водой и другими факторами жизни для получения максимального урожая.
  В природе постоянно отмечают два последовательно протекающих процесса: выветривание и почвообразование. Выветривание как бы подготавливает в горной породе условия для развития на ней почвы, а почвообразованием завершается формирование почвы на продуктах выветривания горных пород.
  В природе процессы выветривания и почвообразования протекают одновременно и тесно взаимосвязаны.
  Выветривание горных пород и его типы. Выветривание — это процесс разрушения и изменения горных пород, вышедших в поверхностные слои литосферы. Оно протекает под воздействием различных факторов: солнечного тепла, кислорода, диоксида углерода (СО₂), осадков и живых организмов. Выделяют три типа выветривания: физическое, химическое и биологическое.
  Физическое, или механическое, выветривание представляет собой процесс механического дробления горных пород на обломки различной величины и формы без изменения их первоначального химического состава. Основной фактор физического выветривания — резкие суточные и сезонные перепады температур в наружных слоях горной породы. В дневные часы солнечные лучи нагревают ее поверхностные слои, которые сильно расширяются, а

5

внутренние слои из-за плохой теплопроводности остаются холодными. В результате в породе на определенной глубине между верхними нагретыми и нижними холодными слоями возникают напряжения, приводящие к образованию трещин, параллельных поверхности. В ночные часы наружные слои породы при охлаждении сжимаются. Внутренние, менее остывшие слои породы сильно давят на внешние и разрывают их, вызывая образование трещин в радиальном глубинном направлении: массивная порода разрушается, и от нее отслаиваются скорлуповидные отдельности. Такое разрушение породы, происходящее при резком колебании температуры, называют термическим выветриванием. Оно перестает проявляться лишь в обломках породы диаметром менее 0,01 мм.
   В образовавшиеся при термическом выветривании трещины попадает атмосферная влага, которая углубляет и расширяет их. Это связано с тем, что в трещинах вода развивает сильное давление (от 78-10⁵ до 147-10⁷ Па) в результате ее замерзания и действия других физических сил. В ряде случаев в трещины с водой попадают соли, которые при испарении влаги кристаллизуются и также оказывают давление на стенки породы.
   Из-за физического выветривания горная порода разрушается на обломки различной величины, называемые рухляком.
   Рухляк приобретает уже принципиально новые качественные состояния, несвойственные исходной массивно-кристаллической породе: рыхлость и пористость, а следовательно, способность пропускать воздух и влагу. С этого момента порода в виде рухляка начинает подвергаться усиливающемуся действию некоторых других агентов, вызывающих химическое выветривание.
   Химическое выветривание проявляется в разрушении горной породы с изменением химического состава и образованием новых минералов, отсутствующих в первичных породах. Главнейшие факторы химического выветривания — вода, кислород и диоксид углерода. Особенно велика роль воды, которая нетолько перемещается в рухляке, но и активно растворяет минералы и горные породы.
   По мере разрушения горной породы возрастает площадь соприкосновения с ней воздуха и воды, усиливается процесс химического выветривания.
   При химическом выветривании между водой, несущей в себе растворенные вещества, и рухляковой породой происходит ряд химических реакций, приводящих к образованию новых минералов, стойких в термодинамических условиях поверхности земной коры. Наиболее важные из этих реакций — гидролиз, окисление, гидратация, восстановление.
   В результате химического выветривания разлагаются первичные и возникают вторичные минералы, рухляк и его отдельности еще больше разрушаются и разрыхляются тонкими илистыми частицами, повышается подвижность многих веществ. Все это постепенно создает благоприятные условия для поселения на такой уже резко измененной рухляковой породе живых организмов.

6

   Биологическое выветривание — механическое разрушение и химическое изменение породы, осуществляемое под воздействием живых организмов и их выделений.
   Работами академиков В. И. Вернадского, Б. Б. Полынова, В. Р. Вильямса установлено, что в разрушении минералов и горных пород особенно велика роль живых организмов.
   Поселяющиеся на горной породе растения оказывают на нее прежде всего механическое воздействие. Их корни проникают по небольшим трещинам вглубь и, развивая высокое давление, способны разрушать даже прочные породы.
   Еще большее влияние на породу и рухляк оказывают выделения растений и микроорганизмов. Кислород, диоксид углерода, органические кислоты и некоторые другие соединения, выделяемые растениями и микроорганизмами в окружающую среду, усиливают процессы растворения и гидролиза даже устойчивых к химическому выветриванию пород и минералов.
   В разрушении горных пород особенно велика роль выделений низших растений, в частности лишайников, которые способны больше, чем другие организмы, извлекать из горных пород необходимые для питания элементы. После отмирания лишайников питательные вещества концентрируются в верхних слоях породы и создают благоприятные условия для жизни других растений.
   При разложении отмерших организмов в почве образуются гумусовые кислоты. Они еще более усиливают разрушение первичной породы и минералов. Кроме того, микроорганизмы и низшие растения обогащают верхние слои горной породы органическим веществом и питательными элементами, которые в породе находятся в рассеянном состоянии. Они подготавливают породу для заселения ее высшими растениями и свидетельствуют о начале почвообразовательного процесса.
   Немаловажная роль в биологическом выветривании принадлежит почвообитающим насекомым и мелким животным (муравьи, термиты, личинки насекомых, дождевые черви, тушканчики, кроты, суслики и др.). Их деятельность приводит к перемешиванию, обогащению органическим веществом и химическому видоизменению породы. Таким образом, выветривание горных пород представляет собой сложный и разносторонний процесс, происходящий под воздействием физических, химических и биологических факторов.
   Общая схема почвообразовательного процесса. В процессе выветривания горные породы разрушаются, дробятся, а составляющие их минералы видоизменяются и растворяются. Растения уже способны извлекать из перешедших в раствор минеральных соединений необходимые для их жизнедеятельности элементы питания: N, Р, К, Са, Mg, Fe, S и многие другие.
   Однако перешедшие в водный раствор вещества из-за высокой подвижности не могут служить надежным и постоянным источником питания растений, так как осадками они выносятся из коры выветривания и увлекаются водными потоками в Мировой океан.

7

   Огромная масса взвешенного материала и растворимых веществ откладывается на дне морей и океанов и обусловливает формирование осадочных пород, которые при тектонических движениях земной коры могут выйти на поверхность и образовать сушу. Под воздействием выветривания из этих пород будут высвобождаться элементы питания, и они вновь могут быть использованы растениями, поселившимися на суше. Такой круговорот веществ, повторяющийся через геологически продолжительное время, называется геологическим или большим круговоротом веществ.
   Однако под влиянием одного выветривания горная порода, превратившись в рухляк, не может приобрести плодородие. Это свойство создается только в результате почвообразовательного процесса.
   Почвообразовательный процесс начинается с момента, когда на рухляке горной породы поселяются живые организмы и происходит накопление органического вещества. Одними из первых поселяются бактерии, водоросли, лишайники и мхи, которые находят для себя необходимые условия существования даже на неразрушенной горной породе.
   Как результат жизнедеятельности поселившихся на породе организмов происходят прогрессивное накопление органического вещества и аккумуляция в верхних горизонтах породы биологически важных элементов питания (Р, К, Са, Mg, S и др.), а также азота, который в горной породе практически отсутствует.
   Пронизывая корнями рухляковую породу на большую глубину, растения извлекают из нее рассеянные элементы питания, концентрируют их в своем теле в форме сложных органических соединений и тем самым предохраняют от вымывания. После отмирания растений эти элементы в результате разложения органических остатков частично закрепляются в почве в виде гумусовых веществ, а часть их высвобождается в форме простых минеральных соединений и может вновь использоваться для питания других поколений растений.
   Этот ежегодно повторяющийся обмен веществ между каждым новым поколением растений и формирующейся на рухляковой породе почвой называется малым или биологическим круговоротом веществ. В результате его материнская порода приобретает новое качество — плодородие, которое свойственно только почве.
   Таким образом, в основе почвообразовательного процесса лежит биологический круговорот веществ. Чем он интенсивнее, чем меньше из него выносится элементов питания в геологический круговорот, тем лучшие предпосылки для формирования плодородия почвы.
   Факторы почвообразования. Сложность и разнообразие процесса образования почв определяются не только совокупностью взаимно переплетающихся и противоположных явлений, ему сопутствующих, но и влиянием ряда природных условий, получивших название факторов почвообразования.
   В. В. Докучаев выделил следующие факторы почвообразования: растительный и животный мир (биологический фактор), почвообра

8

зующая порода, климат, рельеф местности и возраст почв. Значение этих факторов в формировании почвы велико и неравнозначно.
   Биологический фактор. Поскольку в основе формирования почв лежит биологический круговорот веществ, то почвообразование по сути — биологический процесс, в осуществлении которого принимают участие различные группы организмов. Важнейшими из них являются высшие зеленые растения, низшие растения, обитающие в почве животные.
   Высшие зеленые растения играют основную роль в почвообразовании. Только зеленые и некоторые группы низших растений способны синтезировать в больших количествах органическое вещество и накапливать его в верхних слоях почвы.
   При разложении органических остатков в почве образуются и накапливаются специфические органические соединения (гумусовые вещества), которые существенно изменяют физические, химические, водные и другие свойства почвы. К тому же мощно развитая корневая система влияет и на более глубокие горизонты почвы, а также закрепляет ее верхний слой, предохраняя от эрозии.
   По биологическим особенностям и характеру воздействия на почву высшие зеленые растения можно подразделить на деревянистые, травянистые и мхи.
   Деревянистые растения (деревья, кустарники и полукустарники) многолетние; продолжительность их жизни измеряется десятками лет и более. Поэтому к осени у них ежегодно отмирает только часть надземной массы и откладывается на поверхности почвы в виде листьев, хвои, сухих стеблей и побегов, образуя лесной опад, или лесную подстилку, которая и служит основным источником органического вещества почвы.
   Лесная подстилка характеризуется рыхлым сложением, упругостью и большой влагоемкостью. По химическому составу в сравнении с опадом травянистых растений она отличается более высоким содержанием клетчатки, лигнина и дубильных веществ, но бедна зольными элементами.
   Сравнительно большое количество осадков в облесенной местности и высокая влагоемкость лесного опада обусловливают образование под лесом медленного, но длительно просачивающегося в почву нисходящего тока воды, что сопровождается вымыванием из верхних горизонтов почвы водорастворимых минеральных и органических соединений. Это явление — одно из характерных для почвообразования под деревянистыми растениями.
   Травянистые растения живут от одного года до нескольких лет. К концу вегетации у них отмирает вся надземная масса. Она накапливается на поверхности почвы в виде лугового или степного войлока.
   Корневая система отмирает полностью только у однолетних травянистых растений, а у многолетних она частично сохраняется в виде корневищ, луковичек, клубней, из которых на следующий год развиваются новые растения.

9

   В отличие от деревянистых у травянистых растений корневая система по массе в несколько раз превосходит надземные органы, а органическое вещество накапливается в глубине почвы в виде остатков отмерших корней.
   Корни травянистых растений пронизывают почву в различных направлениях и расчленяют ее на отдельные мелкие комочки. Органические остатки травянистых растений содержат мало клетчатки и дубильных веществ, но богаты зольными элементами питания и азотом, поэтому они служат весьма благоприятным субстратом для жизнедеятельности различных почвенных бактерий.
   Мхи представляют собой автотрофные растительные организмы. Мхи из рода гипнум являются пионерами почвообразования, поселяясь на рухляке горной породы.
   Наиболее существенную роль в болотном почвообразовательном процессе играют сфагновые мхи, накапливающие громадные толщи слаборазложившейся органической массы, называемой торфом.
   Мхи могут произрастать на камнях, деревьях, почве, болотах. Однако они предпочитают условия обильного увлажнения.
   Низшие растительные организмы являются первыми поселенцами на горной породе и активно участвуют в ее биологическом выветривании и начальных стадиях почвообразовательного процесса. Однако основная роль их сводится к разложению органических остатков высших зеленых растений.
   В процессе жизнедеятельности они создают новые органические вещества, входящие в состав гумуса почвы, разлагают растительные остатки до более простых соединений, используемых высшими растениями в качестве источника минерального питания, и могут фиксировать свободный азот воздуха.
   Из низших организмов наибольшее значение в почвообразовании имеют бактерии, грибы, водоросли и лишайники.
   Бактерии представляют собой многочисленную группу растительных организмов, в основном одноклеточных. По способу питания их подразделяют на автотрофные и гетеротрофные.
   Автотрофные бактерии, усваивая углерод СО?, создают органическое вещество, используя для этого энергию света (фотосинтез) или химическую энергию окисления других веществ (хемосинтез). Из них наиболее важными являются нитрифицирующие, серо- и железобактерии.
   Гетеротрофные бактерии усваивают углерод из уже готовых органических веществ, разлагая их на более простые соединения.
   С жизнедеятельностью этих бактерий связаны процессы разложения органических остатков растений и животных. Разрушение азотсодержащих органических веществ называют гниением, а углеводов — брожением. К гетеротрофным относятся аммонифицирующие, целлюлозоразлагающие, денитрифицирующие и другие бактерии.
   Особую группу составляют азотфиксирукнцие бактерии. Они ассимилируют свободный азот атмосферы и накапливают его в виде

10