книги из ГПНТБ / Бобов С.С. Физика в сельском хозяйстве

отупления от заданных программой норм, прибор не­ медленно сообщает об этом на общий пульт управле­ ния или самостоятельно подает команду по устране­ нию нарушений режима. Так, при излишнем нагреве воздуха автоматически выключается отопление или открываются форточки. Если снизилась влажность, то включается система увлажнения воздуха или полива растений.

Недавно в Агрофизическом институте созданы новые полупроводниковые приборы — автоматы для самоуправляемых теплиц. Установленный в тепли­ цах под полиэтиленовой пленкой прибор ведет непре­ рывный контроль на всех этапах развития растений. Он с высокой точностью определяет необходимый ра­ стениям световой и тепловой режим и проверяет их реакцию на все изменения среды. Полученную от при­ бора информацию агроном использует при составле­ нии или изменении программы микроклимата теплицы. По своему направлению прибор универсален и может применяться при выращивании различных культур.

Потребности растений в различных химических элементах питания и наличие их в почве определяются следующим образом. На листьях и стеблях укрепля­ ются полупроводниковые датчики, которые включены в систему кибернетического устройства, реагирующе­ го на биологические сигналы растений. Получая ин­ формацию от них, прибор автоматически осуществля­ ет подкормку растений. Новые приспособления пред­ назначены для создания теплиц-автоматов, управляе­ мых самими растениями.

Подобных примеров можно привести много. Они говорят о том, что достижения современной физики

40

открыли пути создания разнообразных по своему назначению и принципам устройства современных бы­ стродействующих приборов контроля, получения ин­ формации и автоматизации производственных про­ цессов в растениеводстве.

Новое в работе селекционеров

Успех растениеводства в значительной мере опре­ деляется достижениями в селекционной работе. Сов­ ременная физика позволила создать новые методы и направления в селекции, особенно в радиоселекции.

Член-корреспондент Молдавской академии наук К. В. Морару выдвинул в растениеводстве проблему направленного контролирования роста пшеницы. Как выяснил ученый, на «архитектуру» растения этой культуры кроме строительных материалов, в основном минеральных солей, влияет и состав света.

Светофизиология учит, что лучи различного цвета неодинаково используются и влияют на растения. Красные, например, способствуют росту, а синие, на­ оборот, задерживают его. Сочетая состав минерально­ го питания с различным по спектральному составу светом, К. В. Морару научился управлять развитием растений пшеницы.

Новый метод позволил ученому-селекционеру пре­ вратить некоторые южные сорта озимой пшеницы в неполегающие высокоурожайные. По сравнению с ис­ ходным материалом у новых растений на треть умень­ шилась высота стебля, зато толщина его возросла в два раза. Изменилось строение колосьев. Они стали

41

крупнее по размеру, с большим количеством зерен. Последние имеют почти круглую форму вместо обыч­ ной продолговатой. К- В. Морару на шести последую­ щих поколениях доказал сохранение по наследству ценных качеств выведенных им новых сортов.

Интересные опыты проводятся в Агрофизическом институте и за рубежом по выращиванию картофеля под черной полиэтиленовой пленкой. Необычно выса­ живали картофель. Клубни не заделывали в почву, как мы к этому привыкли, а раскладывали на ее по­ верхности. После такой посадки их покрывали черной полиэтиленовой пленкой с отверстиями для выхода наружу ростков. При этом создавались условия, по­ зволяющие непрерывно наблюдать за развитием клубней, не повреждая их.

Физические свойства черной пленки-мульчи обеспе­ чивают посевам картофеля условия среды, близкие к оптимальным. Под черной пленкой верхний слой поч­ вы прогревается, но значительно слабее, чем под про­ зрачной. Преимущество черной пленки над прозрач­ ной состоит в том, что в ночные и утренние часы она лучше задерживает тепло почвы, накопленное днем.

Черная пленка резко уменьшает испарение почвен­ ной влаги, повышает температуру воздуха, защищает поверхность почвы от уплотнения и образования ком­ ков. Она сильно угнетает развитие сорняков и явля­ ется надежным средством борьбы с ними. Опыты, про­ веденные в Ленинграде, показали, что нарастание клубней при этом проходило вдвое быстрее, чем при обычной посадке картофеля. Значительно упрощает­ ся уборка урожая. Правда, в настоящее время еще нельзя говорить о широком применении черной плен­

42

ки на картофельных плантациях. За рубежом ее уже используют при выращивании дынь и томатов.

В последнее время учеными Белоруссии разрабо­ таны новые методы определения содержания белка в клубнях картофеля. Ими сконструирован и изготовлен прибор — ультрафиолетовый фотоэлектрический фо­ тометр для измерения концентраций белков в раст­ ворах. Усовершенствованы люминесцентные методы для определения количества белка в картофеле. Членкорреспондент Академии наук БССР А. С. Вечер со­ здал новый метод анализа картофеля на содержание белка с помощью известного физического прибора ре­ фрактометра. Содержание белка в клубнях картофеля находится быстро, без применения химических реак­ тивов и специальной мерной посуды.

Разработанные учеными республики методы ана­ лизов представляют ценный вклад в развитие селек­ ционной работы по выведению новых сортов картофе­ ля с повышенным содержанием белка в клубнях.

Поле «пробуждает» семена

Убран урожай. Зерно засыпано в амбар, но оно продолжает жить. Меняется только ритм, снижается интенсивность основных жизненных явлений. Во вре­ мя зимнего хранения зерно находится в состоянии по­ коя. Весной этот покой нарушается, и зерно перехо­ дит к новому периоду жизни — активному прораста­ нию. На его пробуждение необходимо время, которое может изменяться в зависимости от погодных условий.

Поиски физических способов активного воздейст­

43

ФИЗИКА ПОЧВ

Роль физики почв в земледелии и растениеводстве была не сразу понята. Долгое время агрономическая наука ограничивалась вопросами одной агрохимии. Теперь в ней успешно развивается новое направле­ ние— агрофизика, частью которой является физика почв. В определении уровня культуры земледелия ей принадлежит значительная роль. Физика почв изуча­ ет тепловой, водный и воздушный режимы почвы, ее плотность и структуру. От этого в значительной мере зависят условия pocta и развития растений, их корне­ вое питание. Физические свойства почвы влияют на урожайность и производительность труда.

Физика почв близко связана с агрономической на­

45

укой, изучающей вопросы агротехники, рационально­ го использования машин, способы обработки почвы и создания оптимальных условий для возделываемых культур.

Твердая фаза почвы

Почвой называют поверхностный слой земной коры, в котором укореняются растения и протекают микро­ биологические процессы. Она представляет естествен­ ное тело, находящееся в постоянном изменении под влиянием воды, воздуха и различных организмов. Почва является объектом земледельческой обработки, важнейшим свойством ее считается плодородие.

Вагрономии под плодородием понимают способ­ ность почвы в течение всего вегетационного периода удовлетворять изменяющиеся потребности растений в питании, воде и воздухе. Оно влияет на рост и раз­ витие растений и, в свою очередь, создается жизнеде­ ятельностью растений. Обрабатывая почву, внося удобрения, ухаживая за посевами, человек активно влияет на взаимодействие почвы и растений.

Важнейшим физическим свойством, с которым связаны другие факторы плодородия, является плот­ ность почвы. Ее влияние испытывают растения, начи­ ная с прорастания семян. От плотности зависят вод­ ный, воздушный и температурный режимы.

Взависимости от минерального состава, содержа­

ния перегноя и структуры почвы плотность изменяет­ ся от 0,24 (пахотной торфяной) до 1,80 г/смг (подзо­ листой грубозернистой песчаной).

46

Растения очень требовательны к этому свойству почвы. Большинство их плохо переносит как повы­ шенную плотность, так и излишнюю рыхлость. Каж­ дая почва характеризуется так называемой равновес­ ной плотностью, под которой принято понимать плот­ ность, складывающуюся в почве к концу вегетационно­ го периода.

Почва состоит из твердой, жидкой и газообразной фазы. Твердая образуется минеральными частицами

игумусом. Характер расположения частиц определя­ ет структуру почвы. Жидкую составляют в основном водные растворы минеральных солей и солей органи­ ческих кислот. Воздух образует газообразную фазу почвы.

Основу почвы составляют частицы твердой фазы, имеющие различную степень размельчения — диспер­ сность. Промежутки между ними заполняются влагой

ивоздухом. В твердой фазе протекают разнообразные физические и физико-химические процессы, влияющие на плодородие почвы.

При хорошей и своевременной обработке культур­ ная почва довольно легко рассыпается или распадает­ ся на комковые отдельности. Такое состояние почвы называют структурным. Структурная почва состоит из склеенных, не разрушающихся под действием воды отдельных агрегатов, благодаря чему она обладает высокой водо- и воздухопроницаемостью, рыхлостью. Бесструктурная же почва состоит из отдельных, не соединенных в комки частиц песка, пыли и ила. Она уплотнена, непроницаема для воды и воздуха, при вспашке образует глыбы. Различают макроструктуру, или собственно структуру, с диаметром агрегатов,

47

равным 0,25—10, и микроструктуру — 0,01—0,25 мм. Соединение мельчайших песчинок и пылинок в ко­ мочки, их склеивание происходит в результате целого ряда физических и биологических процессов. В по­ следние годы агрофизика разрабатывает новые спо­ собы искусственного структурообразования путем вне­ сения в почву так называемых физических удобрений. Образование структуры в почве обусловлено не только слипанием частиц в агрегаты, но и делением крупных масс на более мелкие. Последний процесс в основном обусловлен физическими явлениями, вызы­ ваемыми климатическими условиями. Увлажнение, на­ пример, вызывает набухание почвы, увеличение объе­ ма комков. При высыхании объем уменьшается и на поверхности образуются многочисленные трещины, разрывающие почвенную массу. Образование струк­ туры наблюдается также при промерзании и оттаива­ нии почвы. Наряду с физическими явлениями в про­ цессе структурообразования участвует корневая си­ стема растений и микроорганизмы. Корни растений, прорастая на большую глубину, проникают в трещины и нерасчлененные массы почвы. Между корешками

образуются структурные агрегаты малых размеров. При обработке почвы различными орудиями со­

вершается непосредственное воздействие на ее струк­ туру. Основная задача при этом — создать наиболее благоприятные условия питания растений, обеспечить их почвенной влагой и воздухом. Но такие условия возможны только на почвах с хорошо выраженной структурой.

К почве предъявляется требование сохранения структуры при наличии влаги. Комочки не должны

48

Физические удобрения и структура почвы

Последние три десятилетия вопросами структуры почвы стали заниматься физики. С самого начала ис­ следований они ставили задачу получить искусствен­ ную структуру путем склеивания почвенной пыли в прочные водоустойчивые комочки. Успехи, полученные в химии полимеров, помогли физикам достигнуть об­ надеживающих результатов в решении этой очень перспективной для сельского хозяйства проблемы.

Изучая плодородие почвы в зависимости от ее структуры, ученые пришли к выводу, что лучший ре­ зультат получается с размерами более крупных ком­ ков от 0,25 до 3,7 мм. Распыленная почва в естест­ венных условиях может превращаться в структурную с высоким плодородием примерно через 15 лет (зале­ жи и перелоги). Многолетние травы создают почвен­ ную структуру за 2—3 года.

Агрофизики ведут поиск веществ, ускоряющих структурообразование. Для этого они используют удо­ брения совершенно нового типа, которые носят не­ сколько необычное название ■— физические. Они пред­ ставляют собой различные склеивающие вещества и полимеры, образующие в почве из мелкой пыли агре­ гаты требуемых размеров. Физические удобрения улучшают состояние почвы, образуют в ней устойчи­ вую водопрочную структуру и благоприятные усло­

49