بخشی از مقاله
اكولوژي گياهان زراعي
گياهان زراعي
گياهان مهم زراعي
غلات
بقولات
گياهان ريشه‌اي و غده‌اي
فصل دوم
اقليم زراعي و عوامل موثر بر رشد و نمو گياهان زراعي
شدت نور
آب
نقش آب به عنوان كنترل‌كننده سير انرژي در گياهان
مشخصات باران
باران‌هاي كنوكتيو
باران‌هاي كوهستاني
خصوصيات بارندگي
بازگردش مواد در اكوسيستم‌هاي طبيعي
فصل سوم
اهميت بعضي از عوامل خاكي
فقر خاك و انبوهي پوشش گياهي جنگل‌هاي حاره مرطوب
تناقظي كه در «ساوان» مستتر است
تاثير بافت خاك بر روي گياهان
ارزش گياهان به عنوان معرف خاك‌هاي شور و قليايي
بعضي از گياهان معرف خاك‌هاي شور و قليايي
فصل چهارم
اكولوژي جمعيت گياهي در كشاورزي
توليدات كشاورزي به عنوان يك فرايند جمعيتي
مرحله بذري
جوانه‌زني
مرحله نونهالي
توليد مثل
تفاوتهاي موجود در جمعيت گياهان زراعي
رقابت علفهاي هرز
تحقيقات كشاورزي و بيولوژي جمعيت گياهي
كشاورزي از ديدگاه مديريت جمعيت گياهي
افزايش شاخص برداشت از طريق تغيير استراتژي زراعي
اصلاح محصولات زراعي از نظر اكولوژيكي
فصل پنجم
مناطق اكولوژيكي زراعي ايران
منطقه خوزستان
منطقه ساحلي جنوب
منطقه فلات مركزي (نمكزار)
منطقه فلات مركزي بدون نمكزار
منطقه كوهستاني مديترانه‌اي بري
منطقه كوهستاني معتدله سرد
منطقه ساحلي درياي خزر
پيشنهادات
منابع و ماخذ
تقدير و تشكر
با تشكر از استاد ارجمند جناب آقاي رحيم عليمحمدي
كه در تهيه اين تحقيق ياري نمودند و
با تشكر از پدر و مادرم
كه در كليه مراحل زندگي يار و ياور من بودند.
مقدمه
به نام خداوند لوح و قلم حقيقت نگار وجود عدم
خدايي كه داننده رازهاست نخستين سرآغاز آغازهاست
ثبات توليد در كشاورزي يكي از جنبه‌هاي مهم كشاورزي پايدار Agriculture Sustainable مي‌باشد. گرچه مفاهيم پايداري توليد در كشاورزي ديدگاه‌هاي همه‌جانبه‌اي را دربر دارد و جنبه‌هاي مختلفي را شامل مي‌شود. اقليم و خاك از مهمترين عوامل توليد مي‌باشند و بهره‌برداري از زمين عمدتاً بر اساس كيفيت اين دو عامل استوار است.
پراكنش و توزيع گياهان طبيعي در عرض‌هاي جغرافيايي مختلف و همچنين در ارتفاعات متفاوت متفاوت در رابطه با عوامل محيطي و بخصوص بارندگي و درجه حرارت و در مرحله بعد شرائط فيزيكي و شميايي خاك مي‌باشد. اين موضوع در ارتباط ب
ا گياهان زراعي نيز صادق است و بدين‌ترتيب شناخت عوامل مختلف محيطي و انتخاب گياهان مناسب براي شرايط متفاوت از مهمترين عوامل موثر در توليد است. حفظ ثبات با آگاهي از نيازهاي محيطي و تامين شرايط مناسب براي هرمحصول امكان‌پذيري است و به همين دليل در شرايط ديم به علت نوسانات شرايط اقليمي و عدم امكان تامين همه نيازهاي گياه توليد از ثبات كمتري برخوردار است.
امروز روابط عوامل محيطي و توليد با كمك مدل‌هاي رياضي براي اكوسيستم‌هاي مختلف زراعي بيان مي‌شود و اين روابط به صورت كمي درآورده شده است.
بدين ترتيب امكان پيش‌بيني توليد با توجه به شرايط مختلف اقليمي در هر منطقه بيشتر شده است. اين اكوسيستم‌ها چون ساخته‌ي دست بشر هستنده و از نظر اكولوژيكي حساسيت بيشتري به نوسانات محيطي دارند و به همين دليل براي حفظ ثبات توليد، شناخت عوامل محيطي در رابطه با نيازهاي اين اكوسيستم‌ها از اهميت خاصي برخوردار است. در همين رابطه آگاهي از اثرات تنش‌هاي محيطي بر رشد و توليد اين اكوسيستم‌ها نيز جهت حفظ ثبات محصول ضروري مي‌باشد. بدين ترتيب به منظور بهره‌گيري هرچه بيشتر از منابع محيطي و كاهش خسارت وارده به محيط از طريق به كارگيري اصول صحيح اكولوژيكي در اكوسيستم‌هاي زراعي و نيز كاربرد روش‌هاي منطقي توليد بحث اكولوژي گياهان زراعي مطرح مي‌شود. (منبع شماره1)
فصل اول
گياهان زراعي
تعداد گياهان و حيواناتي كه مورد استفاده انسان قرار مي‌گيرد، در مقايسه با آن چه كه در دسترس اوست، ناچيز است. براي مثال تنها در حدود 3000 گونه از 350000 گونه گياهان گلدار، داراي ارزش اقتصادي هستند. علاوه بر آن انتقال از مرحله‌ي شكارچي‌گري به مرحله‌ي دامداري يا كشاورزي ساكن و از كشاورزي معيشتي به تجاري، مقدار گونه‌ها كاهش قابل ملاحظه‌اي يافته است. غذاي انسان‌هاي اوليه خيلي متنوع‌تر از امروزه بوده است. هارلن (1976) معتقد است كه در دوران گذشته هزاران گياه و صدها حيوان براي استفاده غذايي مورد استفاده قرار مي‌گرفته است. در آزمايشي با آناليز محتويات معده انسان عصر فلز (انسان تولوند) (هل بك، 1950) ملاحظه شد كه آخرين غذاي او شامل هفده گياه مختلف بود كه فقط دو عدد از آنها، يولاف و جو كشت مي‌شدند و بقيه علفهاي هرز گياهاني بودند كه كشت شده بودند.
امروزه دوازده گياه زراعي و سه تيپ دام اهلي عمده‌ي كشورهاي جهان را تامين مي‌كنند. توسعه‌ي كشاورزي واقعه‌اي جديد در تاريخ تكاملي انسان محسوب مي‌شود. اين واقعه بستگي به انتخاب و تكثير و به عبارت ديگر، اهلي‌كردن گونه‌هاي گياهاي و حيوانات با مشخصات دلخواه و مطلوب براي انسان دارد. اين موضوع نه فقط تركيب نسبي جمعيت گياهان و حيوانات را تغيير داد، بلكه حدود ده درصد از زمين‌هايي كه پوشش گياهي طبيعي داشته‌اند، به وسيله گياهان زراعي جايگزين شده‌اند و بخش عمده‌اي از زمين‌هاي باقيمانده نيز به سبب چراي دام‌ها تغييرات زيادي حاصل كرده‌اند. اكوسيستم كشاورزي ساختمان و تركيب ساده‌تري نسبت به اكوسيستم طبيعي داراست. در اين اكوسيستم كم و بيش سه تيپ موجودات غلبه دارند:
1. گياهان زراعي يا گياهاني كه قابل زراعت هستند.
2. دام‌هاي اهلي
3. علفهاي هرز، آفات و بيماري‌ها
حيوانات و گياهان اهلي شامل آنهايي هستند كه تكثير و اصلا
ح آنها كم و بيش توسط انسان كنترل مي‌شود. انتخاب و به‌نژادي كه اساساً روي اعاب وحشي صورت گرفته است، از يك طرف باعث حذف ويژگي‌هاي نامطلوب براي انسان شده است كه اين ويژگي‌ها براي بقاي آنها مفيد بوده است و از طرفي ديگر ويژگي
هايي كه داراي ارزش زراعي بوده‌اند، توسعه داده شده است. (جدول 1-1) در مورد گياهاني كه اهلي شده‌اند، رابطه‌ي همزيستي آنها با انسان طوري است كه فقط تعداد معدودي از آنها بدون محافظت انسان مي‌تواند به صورت وحشي بقاء داشته باشند.
جدول 1-1: بيست گياه زراعي مهم بر حسب سطح زير كشت
نام عمومي اندام اقتصادي موارد استفاده عمده
گندم
برنج
ذرت
جو
ارزن
سورگوم
سويا
پنبه
يولاف
لوبيا
سيب‌زميني
بادام زميني
چاودار
سيب‌زمين شيرين
نيشكر
كاساوا
نخود
نخودچي
انگور
كلم روغني (منداب) غله
غله
غله
غه
غله
غله
حبوبات
حبوبات
غده
حبوبات
غله
ريشه
ساقه
غده
حبوبات
حبوبات
ميوه
بذر غذايي، علوفه
غذايي
علوفه
علوفه، غذايي و مالت
غذايي، علوفه
غذايي، علوفه
غذايي، علوفه و روغن
الياف، علوفه و روغن
غذايي، علوفه
غذايي، علوفه
غذايي
غذايي، علوفه و روغن
غذايي، علوفه
غذايي
غذايي، علوفه
غذايي
غذايي، علوفه
غذايي، علوفه
غذايي، نوشابه
روغن، علوفه
گياهان مهم زراعي
ارزش گياهان زراعي بسته به توانايي آنها در توليد هرچه بيشتر توليدات مفيد، نسبت به اجداد وحشي آنهاست. يكي از تفاوتهاي مشخص
ي كه بين گياهان زراعي و اجداد وحشي آنها وجود دارد، رشد زيادتر آنهاست (شوانيتز، 1960) كه اين تغيير در اندام‌هايي كه به عنوان محصول برداشت مي‌شوند و نسبت آنها در كل گياه مشخص است.
براي مثال در غلات بخش بيشتري از مواد ساخته شده در طول دوره فتوسنتز، به دانه مي‌رود و مقدار كمتري از آن به برگها اختصاص داده مي‌شود. برعكس در سيب‌زميني منبع اصلي ذخيره مواد غده است. ويژگي مهم ديگري كه در تفاوت گياهان زراعي و اجداد وحشي آنها وجود دارد، كاهش انتشار طبيعي بذر به وسيله انتخاب ساقه‌هاي محكم و غيرشكننده در غلات و بسته‌بودن نيام و ميوه در نخود، لوبيا، فلفل و غيره است. همزمان با كاهش انتشار بذر بعضي از صفت‌هاي مطلوب مثلاً اندازه بذر افزايش يافته است. به طور مثال بذر لوبيا (Phaseolus Vulgaris) 5 تا 8 برابر بزرگتر از اجداد وحشي آن است.
اندام‌هايي كه براي برداشت انتخاب مي‌شود، تركيب و فرم آنها نسبت به گذشته تغيير كرده است. مواد سمي يا تلخ در يام و لوپن كاهش و يا حذف شده است و نسبت موادي كه براي انسان باارزش و مفيد هستند، مانند پروتئين، روغن، شيريني، دارويي يا معطر به طور قابل‌ملاحظه‌اي افزايش يافته است.
گياهان زراعي اغلب بر حسب استفاده ويژه‌اي كه دارند، طبقه‌بندي مي‌شوند كه البته اين موضوع از تغييرات زيادي برخوردار است. طبقه بندي جامع‌تر و عمومي‌تر براساس اندام‌هايي كه برداشت مي‌شوند، صورت گرفته است كه در جدول 2-1 نشان داده شده است:
غلات (دانه) بذر
حبوبات بذر
گياهان ريشه‌اي و غده‌اي ريشه و ساقه متورم
سبزيجات (محصول سبز) برگها و ساقه‌ها
ميوه‌ها بذرهاي داراي پوشش يا كپسول
دانه‌ي غلات و حبوبات يكي از منابع اوليه تامين كربوهيدرات‌ها، چربي، پروتئين، ويتامين‌ها، مواد معدني ضروري براي تغذيه انسان‌ها و دامهاست. (جدول 2-1)
جدول 2-1: تركيبات 100 گرم از مهمترين غلات در مقايسه با گياهان غده‌اي حبوبات و سبزيجات
انرژي (كيلوكالري) پروتئين (گرم) چربي (گرم)
گندم
برنج
ذرت
سورگوم
يولاف
چاودار
سيب‌زميني
نخود (سبز و خشك)
كاهو 340
310
348
317
338
83
70
15 12
8
10
10
10
11
2
9/4
12 2
2
4
5
5
2
1/0
4/0
2/0
دانه غلات به سبب داشتن آب نسبتاً كم و دوره‌ي خواب طولاني، علاوه بر اينكه به آساني حمل و انبار مي‌شوند، منبع غذايي فشرده نيز مي‌باشند.
ريشه و غده‌ها اندام‌هاي حجيمي هستند كه به سبب داشتن (بيشتر از 75 درصد) ساير اندامها متمايز گشته است و اين موضوع عامل محدودكننده براي انبارشدن بوده است، ولي عامل افزايش عملكرد در واحد سطح است. گياهان غده‌اي (به جز سيب‌زميني) بيشتر دو ساله هستند و در اواخر فصل اول رشد كه اندام‌هاي ذخيره شونده به حداكثر اندازه خود رسيدند، برداشت مي‌شوند.
سبزيجات شامل آندسته از گياهاني مي‌شوند كه ارزش آنها در برگها و ساقه‌هاي تازه و جوان است. مقدار زياد سلولز و فيبر در آنها سبب محدوديت در مصرف غذايي آنهاست. اين گياهان منبع اصلي ويتامين‌ها، مواد معدني، مواد دارويي مانند نيكوتين، تانن و كافئين هستند. به سبب حجم زياد و درصد آب بالا ذخيره‌سازي آنها بستگي به خشك‌كردن، سيلوكردن يا يخ‌زدن سريع دارد.
ميوه از نظر زراعي به مواد گوشتي و آب
دار كه بذر را دربر مي‌گيرد (ميوه‌هاي انگوري، سيب و گلابي) يا ميوه‌هاي بذري (نارگيل، گيلاس و گوجه) اطلاق مي‌گردد. برخي مانند موز، ممكن است حاوي مقدار زيادي كربوهيدرات باشند. در اكثر ميوه‌ها ارزش اقتصادي آنها به سبب خوشمزه بودن و داشتن مقدار زيادي ويتامين c مي‌باشد. همانند سبزيجات به سبب داشتن مقدار زيادي آب نگهداري آنها نياز به نوعي ذخيره‌سازي دارد.
سهولت در كشت و كار، بستگي به فرم رش
د و يا عادت رشد و سيكل زندگي هر گياه زراعي دارد. در گياهاني كه از طريق بذر تكثير مي‌شوند، مساله عمده در موفقيت گياهان زراعي، توليد بذرهايي با قدرت جوانه‌زني بالا مي‌باشد. البته پيشرفت‌هايي كه در زمينه توليد بذرهاي هيبريد بخصوص در غلات شده است، باعث شده است كه تكثير بذر مستلزم كشت گياهان خاصي باشد. توليد و تكثير غيرجنسي در اكثر گياهاني كه داراي ريشه و يا غده هستند، مانند سيب‌زميني
، سيب‌زميني شيرين، كاساوا و يام كه غذاي عمده‌ي مناطق حاره‌اي مرطوب را تشكيل مي‌دهند، صورت مي‌گيرد، چون شرايط محيطي براي كشت غلات مناسب نيست و كشت اين قبيل گياهان در مناطق حاره‌اي رايج است و همچنين براي بعضي از گياهاني كه ميوه توليد مي‌كنند، مانند موز، توت‌فرنگي، آناناس و نيشكر تكثير غيرجنسي لازم است.
اكثر گياهان زراعي و بويژه آنهايي كه دانه توليد مي‌كنند، يك ساله و بقيه دوساله هستند. مانند گياهان ريشه‌اي كه اغلب به عنوان يكساله كشت شده است و فقط براي توليد بذر، به آنها اجازه داده مي‌شود به گل بروند.
بسياري از گياهان چندساله براي دوره‌هاي كوتاه كشت مي‌شوند و يا مانند پنبه حتي به عنوان يك ساله كشت مي‌شوند. تيپ رشد محدود، استحكام و مستقيم‌بودن ساقه و غيرشكننده بودن آنها و عدم پراكندگي بذر سبب تسهيل در برداشت مي‌شود.
بنابراين تعجب‌آور نيست كه در غلات كه عمده‌تري
ن گياهان اهلي را تشكيل مي‌دهند، داراي بيشترين ويژگي‌هاي لازم براي يك گياه زراعي بوده است و بيشترين توجه از نظر برداشت مكانيزه را به خود معطوف كرده‌اند. بزرگترين مشكل در مورد گياهان ريشه‌اي، ميوه‌ها و سبزيجات است كه در آنها برداشت مكانيزه به سادگي باعث خسارت به آنها شده، رشد نامحدود در آنها امكان پراكنش بذر نيز مشكل‌آفرين است.
غلاتعي (جدول 3-1) از نظر ارزش، توليد و سطح زير كشت گياهاني هستند كه مصرف غذايي دارند و داراي بازده زيادي از نظر مواد ذخيره‌اي به ازاء هر واحد كار دارند و از نظر نمود بيولوژيكي (نسبتاً با ثبات هستند) بي‌خطر هستند و نيازهاي غذايي عمده انسان و دام‌ها را تامين مي‌كند.
در ميان اينها غلات از لغت سرس يا الهه غذايي گرفته شده است و داراي ارزش بالايي هستند (شكل 1-1). اين گياهان شامل غلات دانه‌ريز (گندم، جو، برنج، چاودار، يولاف) و يا غلات دانه درشت (ذرت، سورگوم، ارزن) مي‌شوند و جمعاً 50 درصد انرژي و پروتئين مورد نياز جهان را تامين مي‌كنند (بيش از هفتاد و پنج درصد زماني كه غذايي كه براي تغذيه دام‌ها استفاده مي‌شوند نيز محسوب شود) و دو سوم زمين‌هاي زير كشت را شامل مي‌شوند. غلات اولين گياهان اهلي شده بودند كه از ديرباز منبع غذايي انسان بوده‌اند.
غلات از نظر حجمي و ارزش عمده‌ترين مواد غذايي، در تجارت جهاني است و امروزه ذخيره غذايي جهان (غذاي ذخيره شده) بر حسب مقدار دانه‌هاي غذايي كه سالانه پس از تجارت باقي مي‌مانند، سنجيده مي‌شود.مسلماً اهميت غلات در ارتباط با ارزش غذايي آنها (شامل
12-10درصد پروتئين)، سهولت كشت، حمل و نقل و انباركردن، دامنه وسيع سازگاري به شرايط محيطي و زودرسي آنها مي‌باشد. سه غله عمده و قديمي: برنج، گندم و ذرت كه هر يك شامل واريته‌ها و نژادهاي زيادي هستند، با سابقه‌اي طولاني توسط انسان انتخاب و به‌نژادي شده‌اند.
جدول 3-1: گياهان زارعي عمده
گياه زراعي توليد جهاني (تن *10-6) درصد سهم در توليد جهاني
گندم
برنج
ذرت
سيب‌زميني
جو
سيب‌زميني شيرين
كاساوا
سويا
سورگوم
حبوبات
ارزن
يولاف
گوجه‌فرنگي
چاودار 417
345
334
228
190
136
105
62
52
52
52
49
41
28 7/15
13
5/12
8/10
1/7
1/5
9/3
3/2
2
9/1
9/1
8/1
5/1
1
گندم و چاودار از غلاتي هستند كه براي تهيه نان استفاده مي‌شوند و هر دو داراي مقدار بيشتري پروتئين نسبت به ساير غلات هستند. گندم داراي مقدار زيادي پرتئين گلوتن است كه باعث ورآمدن خمير مي‌شود و در نتيجه آرد آن سبك‌تر و متخلخل‌تري كه داراي ارزش انرژي بيشتري از چاودار است، توليد مي‌كند و بيشتر از چاودار مورد استفاده است.
البته آرد چاودار به سبب دارابودن پروتئين از نو
ع ليسين، داراي ارزش غذايي بيشتري است، ولي ارزش انرژي‌زايي آن كمتر از گندم است. نان سياه چاودار هنوز در اروپاي شرقي غذاي فقراست، ولي به وسيله مهاجرين به عنوان
غذاي ويژه براي رژيم غذايي آمريكاي شمالي معرفي شده است. چاودار در مقايسه با ساير غلات مقاومت بيشتري به يخبندان دارد و از نظر نوع خاك نيز كم‌توقع‌تر است.
با وجود كاهش سطح زير كشت غلات، هنوز اين گياه در اروپاي شمالي به مقدار زيادي جهت تهيه غذاي دام و الكل كشت مي‌شود. هيبريد تريتيكاله اخيراً از تلاقي بين گندم و چاودار است. البته اين گياه كمبود گلوتن دارد و فقط تعداد كمي لاين اصلاح شده آن آرد مناسبي براي نان توليد مي‌كنند. بنابراين اميد مي‌رود كه رقم‌هايي اصلاح شوند كه نسبت به چاودار از نظر توليد و از نظر مقاومت از گندم بهتر باشند.
گندم و برنج از مهمترين دانه‌هاي غذايي هستند. گندم داراي مقدار پروتئين بالايي است، ولي نسبت آن به واريته و شرايط محيطي كه در آن ر
شد مي‌كند، بستگي دارد. با دارابودن دامنه‌ي وس
يع سازگاري به آب و هوا و شرايط خاك سطح زير كشت آنها، از هر گياه دانه‌دار ديگري بيشتر است.
به سبب دارابودن ريشه عميق در خاك‌هاي سنگين كه مواد غذايي بالايي دارند، بخوبي رشد مي‌كنند. حدود 80-70 درصد واريته‌هاي گندم جهان، آنهايي هستند كه داراي عملكرد بالا بوده و زمستانه مي‌باشند كه در پاييز كشت مي‌شود و بلافاصله رشد مي‌كند و در طول تابستان بعد مي‌رسند. واريته‌هاي بهاره احتياج به دوره‌ي رشد كمتري دارند و به سبب عملكرد بالقوه كمتر، دامنه‌ي وسعت آنها محدود است. در مناطقي كه باران كم و تابستان گرم دارند، افزايش گلوتن، كاهش محصول را در گندم‌هاي سخت جبران مي‌كند. آرد اين گندم‌ها براي توليد نان مناسب است. در مقابل گندم‌هاي نرم كه سازگاري بهتري با آب و هوا و سرد و مرطوب دارند، آردهايي چندمنظوره دارند كه در شيريني، بيسكويت، مواد مخصوص صبحانه و غذاي دام استفاده مي‌شود.
در مناطقي كه آب و هواي مرطوب و گرم دارند، كشت گندم به ارتفاعات محدود مي‌شود. حساسيت به حمله قارچ‌ها و مشكلات برداشت و انبارنمودن باعث شده است كه اين گياه، در مناطقي كه درجه‌ي حرارت زياد و رطوبت نسبي هوا نيز بالاست، كشت شود.
اگرچه سطح زير كشت برنج، به اندازه‌ي گندم نيست، با اين وجود نصف غذاي جمعيت، دنيا را تشكيل مي‌دهد. حدود 95% آن در مناطق گرم و مرطوب و سواحل پست نيمه گرمسيري خاور دور به كشت برنج كه تنها غذاي آنهاست، اختصاص دارد. برنج مانند گندم، سابقه تاريخي طولاني كشت دارد.
امروزه داراي 14000 واريته محلي سازگار به شرايط محيطي مختلف و سيستم‌هاي سنتي توليد است. دو گروه اينديكا (بومي جنوب آسيا) و ژاپونيكا (بومي ژاپن، شمال چين و كره) از برنج وجود دارد كه ارقام آنها به روزهاي بلند با فصل كوتاه اين مناطق
سازگار شده‌اند.
برنج در ميان غلات، از اين نظر قادر است در آب جوانه زده و رشد كند، منحصر به فرد است. اين گياه درجه‌ي حرارت‌هاي زياد (حداقل
12-10 درجه سانتي‌گراد) براي جوانه‌زدن نياز دارد. البته واريته‌هاي زودرس، باعث مي‌شود كه بتوان تا مناطق هوكايدو (ژاپن) آنرا كشت كرد و آبياري باعث ش
جو و يولاف دو غله ديگر مناطق معتدله عمدتاً به عنوان غذاي دام مورد استفاده قرار مي‌گيرند. جو زودتر از ساير غلات مي‌رسد. ضمن اينكه نياز آب و هوايي آن، نظير گندم است. ولي مي‌توان در عرض‌هاي جغرافيايي بالاتر و خشك‌تر نسبت به گندم كشت كرد.
پروتئين جو در رابطه با واكنش اين گياه به آب و هوا نظير گندم است و اين فاكتور در رابطه با استفاده از جو به عنوان غذاي دام يا در صنايع تخميري موثر است. بالابودن نسبت نشاسته به پروتئين در جو، در شرايط مرطوب براي تهيه مالت مناسب‌تر از دانه‌هاي سخت كه داراي پروتئين بالا هستند، مي‌باشد. اگرچه نياز غذايي جو مانند گندم نيست، اما عدم زهكشي و بالابودن اسيديته را كمتر تحمل و در برابر غلظت نسبتاً زياد نمك‌هاي قليايي مقاوم‌تر است.
يولاف (هر دو قسمت كاه و دانه) به عنوان غذايي دام ا
ستفاده مي‌شود. اگرچه ارزش غذايي آن از نظر چربي (8درصد) و پروتئين (16درصد) بالاست، ولي پتانسيل توليد آن كم است. پوست دانه، فيبري و نرمتر از ساير غلات است. يولاف از گياهان شاخص نواحي معتدله سرد و مرطوب است، اما مقاومت آن كم و از نظر خاك قانعتر از گندم و جو است.
ذرت، سورگوم و ارزن سه غله‌ي عمده مناطق گرم مي‌باشند. ذرت كه به عنوان يك گياه غذايي در آمريكاي مركزي، منشاء گرفته است، با گندم و جو اولين گياهان زراعي بودن كه اهلي شدند. اين گياه داراي تنوع ژنتيكي و دامنه وسيع از نظر سازگاري به شرايط محيطي است و از پرمحصول‌ترين غلات است. مهمترين گروه‌هاي تجارتي آن عبارتند از:
1. ذرت غلافدار (Zea mays tunicate)
2. ذرت آردي (Z.m. amylacea)
3. ذرت پاپ‌كرن (Z.m. everta)
4. ذرت سخت (Z.m. indurate)
5. ذرت دندانه‌اي (Z.m. indentata)
6. ذرت شيرين (Z.m. saccharata)
ذرت‌هاي هيبريد با عملكرد بالا در دهه 1920 و 1930 در آمريكا توليد شدند. تقريباً اكثر ذرت‌هاي امروزي، هيبريد و يا از نژادهاي هيبريد توليد شده‌اند. كوتاه‌شدن فصل رشد، چه به وسيله كم‌آبي و يا پايين‌بودن درجه حرارت سبب شده است كه كشت اين هيبريدها، در مناطق خشك‌تر و يا سردتر نسبت به گذشته، افزايش يابد.
امروزه به مقياس زيادي در عرض‌هاي جغرافيايي (ْ58 شمالي و ْ40 جنوبي) و حاره‌اي (كه 4500 متر از سطح دريا ارتفاع دارند) كشت مي‌شوند. بهترين توليد، زماني حاصل مي‌شود كه تابستان‌هاي گرم با درجه حرارت متوسط روزانه (ْc24) همراه با شبهاي گرم باشد. يكي از فاكتورهاي محدودكننده، عدم رطوبت كا
في و وجود تنش در دوره‌ي گل‌دهي و گرده‌افشاني است. (زمان كاكل‌دهي)
در مقايسه با دو گياه ديگر ذرت به عنوان يك دانه غذايي در سطح جهاني داراي برتري است. اگرچه كمبود اسيد آمينه‌ي ضروري ليسين، ارزش غذايي آن را كاهش داده، ولي بالابودن چربي و پروتئين آن باعث شده است كه مهمترين مواد غذايي كنسانتره براي دام‌ها باشد. در مناطقي كه براي رسيدن دانه ذرت نامساعد هستند، ولي در عين حال رشد رويشي آن سريع است، مي‌توان براي علوفه نيز از آن استفاده كرد. دانه ذرت منبع غذايي مكملي، براي بسياري از فرآورده‌ها از جمله فرآورده‌هاي مخصوص صبحانه، آرد، ذرت، روغن‌هاي گياهي و قند براي توليد فرآورده‌هاي الكلي است.
سورگوم و ارزن از غلات مناطق خشك گرمسيري و نيمه‌گرمسيري است و محصول سورگوم بيشتر از ارزن مي‌باشد. به علاوه جزء محدود گياهاني است كه در برابر خشكي مقاوم است. چهار گروه سورگوم بر اساس ويژگي‌هاي بذر و استفاده‌ي اصلي آنها وجود دارد:
1. سورگوم دانه‌اي: غذاي انسان و دام.
2. سورگوم شيرين (سورگو): علوفه، شربت قند، الكل.
3. سورگوم علفي: كه در آن سودانگراس مهمترين گياه علوفه‌اي براي توليد علوفه خشك و به عنوان چراگاه است.
4. سورگوم جاروبي.
علاوه بر آن كائوليانگ، گروهي از سورگوم‌ها را شامل مي‌شود كه نسبت به خشكي مقاوم ولي در درجه‌ي حرارت پايين‌تر نسبت به بقيه رشد مي‌كنند. بر خلاف ذرت، سورگوم يك دانه‌ي غذايي است كه از آفريقا منشا گرفته و بويژه از جنگ جهاني دوم، ارزش آن به عنوان يك گياه علوفه‌اي در مناطق نيمه‌خشك جنوب غربي آمريكا افزايش يافته است. به‌نژادي براي متناسب ساختن آن با سيستم‌هاي فشرده مكانيزه، در سورگوم سريعتر از هر گياه زراعي ديگر صورت گرفته است. ارزن هم نقش مهمي به عنوان دانه‌ي غذايي در مناطق گرم و خشك و به عنوان غذايي دام در ساير مناطق دارد. اگرچه نسبت به گذشته كمتر كشت مي‌شود، اما هنوز از گياهان زراعي مهم آفريقا و آسيا بويژه در مناطقي كه براي كشت سورگوم خشك
است و يا خاك‌هاي آن فقير است، كشت مي‌شود.
اهميت غلات از نظر توليد مواد غذايي مورد نياز، براي رشد و سلامتي انسان است. البته حتي در مورد گندم كه مهمترين دانه غذايي است، از نظر مقدار، توازن و بويژه كيفيت پروتئين آن در حد كامل خود نيست.
كمبود پروتئين همراه با كيفيت پايين آن در جيره غذايي انسان، عامل اصلي بيماري كواشيور كور است كه در نتيجه سوء تغذيه و كمبود پروتئين حاصل مي‌شود. بر حسب، تعداد 9 تا 10 اسيد آمينه (كه در ساختمان پروتئين‌ها هستند)، براي سلامتي ضروريست. پروتئين گياهي، از نظر برخي از اين اسيدهاي آمينه با كمبود مواجهند و فاقد ويتامين B12 هستند. به طور كلي ليزين و متيونين در تمام غلات كم است، در صورتي كه ذرات داراي كمبود تريپتوفان نيز مي‌باشد.
بقولات
در مقايسه با غلات، حبوبات داراي ليزين فراوان است، اما از نظر سيستين و متيونين كه داراي گوگرد كم هستن، در حالي كه پروتئين در گياهاني كه برگ‌هاي سبز دارند، از نظر اسيد آمينه به جز متيونين، موازنه‌ي بسيار خوبي خوبي دارد. در صورت كمبود يك يا دو اسيد آمينه، استفاده از بقيه‌ي اسيدهاي آمينه، به همان نسبت كاهش يافته است، زيرا مازاد اسيدها نمي‌توانند ذخيره شوند و براي توليد انرژي شكسته مي‌شوند، در نتيجه يك رژيم غذايي گياه‌خواري تنها مي‌تواند از تركيب مصرف چندين غذا كه داراي پروتئين‌هاي مكمل هستند، حاصل شود. (اسكريمشاويانگ 1976)
به عنوان مثال هنگامي كه منبع غذايي پروتئين‌دار به صورتي مخلوط شوند كه كمبودهاي يكديگر را جبران كنند (شكل a,b 1-1). در حالي كه حبوبات در مقايسه با غلات، از نظر مقدار برخي اسيدهاي آمينه‌ي ضروري كمبود دارند، داراي ليزين كافي است كه مي‌تواند در غلات كه داراي كمبود واقعي اين اسيدهاي آمينه هستند، كمك كند. علاوه بر آن در دانه حبوبات نسبت بيشترين پروتئين به كربوهيدارت‌ها وجود دارد. در كشورهايي كه مردم به رژيم غذايي گياه‌خواري زياد وابسته هستند، حبوبات در تامين پروتئين نقش مهمي به عهده دارند و به همين دليل گوشت مرد فقير ناميده مي‌شود.
بعد از غلات حبوبات مانند: سويا، بادام‌زميني، ن
خود و لوبيا از مهمترين گياهان زراعي هستند كه در مناطق معتدله و گرمسيري كشت مي‌شوند. اين گياهان داراي سه ويژگي عمومي زراعي هستند.
اول اين كه بذر در ميوه (غلات) قرار دارد و به همين دليل به همه‌ي آنها لگوم گفته مي‌شود. دوم اينكه در اكثر گونه‌هاي مهم از نظر زراعي بذرهاي نسبتاً درشت توليد كرده كه به آن حبوبات مي‌گويند. پروتئين اين دانه‌ها از نظر ليزين غ
ني بوده و 20 تا 30 درصد وزن آنها را تشكيل مي‌دهد. سوم اينكه همه‌ي آنها مي‌توانند ازت هوا را (از طريق زندگي همزيسيتي يا باكتري‌هاي ريزوبيوم ريشه) كه ميزان متوسط آن در حدود 150 تا 250 كيلوگرم در هكتار در سال و حداكثر آن 600 كيلوگرم در سال است، تثبيت كنند. بعضي از حبوبات داراي درصد بالايي روغن بوده و به همين دليل منشاء روغن‌هاي گياهي هستد. به علاوه منبع غذايي خوبي براي دام‌ها (به صورت علوفه سبز يا خشك) بوده و به مقدار زيادي به عنوان گياه مرتعي و يا براي اصلاح خاك‌ها استفاده مي‌شود.
شكل 1-1(a): نسبت اسيد آمينه‌هاي ضروري در آرد گندم، تعداد و مقدار اسيد آمينه كه در سنتز پروتئين دخالت مي‌كنند، نشان داده شده است. تمام ليزين استفاده مي‌شود و اسيد آمينه‌هاي اضافي (بخش شورخورده) ذخيره نشده اكسيد مي‌شوند.
سه گياه مهم بقولات دانه‌اي شامل سويا، لوبياي معمولي و بادام‌زميني است كه بين آنها سويا گسترده‌تر و به مقدار بيشتري كشت مي‌شود. سويا بومي ژاپن، چين و هند بوده و به عنوان غذا استفاده مي‌شود.
در دهه 1930 به عنوان گياهي براي پوشش خاك و حفاظت آن به آمريكا معرفي شد و بعداً به عنوان يك گياه چند منظوره درآمد. اين گياه به سادگي
به آب و هواي گرم و مرطوب تابستانه و شرايط مكانيزه مناطق آمريكا سازگار شد و در آنجا به صورت يك غذاي عمده دامي درآمد. بعد از جنگ جهاني دوم سويا به عنوان يك گياه صنعتي درآمد و بيش از 15درصد روغن خوراكي دنيا را توليد كرد. روغن سويا مهمترين تركيب براي تهيه كره گياهي، روغن‌هاي مايع، صبحانه، شير و خامه مصنوعي است.
از مهمترين تركيب براي تهيه كره گياهي، روغن‌ها
ي مايع، صبحانه، شير و خامه مصنوعي است و از مهمترين مواد تشكيل‌دهنده رنگ‌ها و روغن‌ها و صابون و غيره است. همچنين براي تهيه فرآورده‌هايي نظير گوشت استفاده مي‌شود.
بادام زميني نيز منبع روغن‌هاي خوراكي است و در مقايسه با سويا به فصول گرم و طولاني‌تر احتياج دارد و منحصر به مناطق حاره‌اي است. لوبيا با لوبياي سبز (Phaseolus Vulgaria) يكي از هفده‌گونه لوبياي زراعي است. در كشاورزي فشرده‌ي لوبيا اغلب به دو منظور براي تهيه دام و كود سبز كشت مي‌شود. بيشتر گونه‌هاي آن گياهان يك ساله تابستانه هستند و احتياج نسبتاً زيادي به باران يكنواخت در طول دوره‌ي رويش خود دارند.
شكل 1-1(b) : مكمل پروتئين: لوبيا و گندم. خط مقطع نشان‌دهنده 100درصد مقدار اسيد آمينه در پروتئين استاندارد مرجع براي برآورده كردن نياز انسان است كه بوسيله FAO پيشنهاد شده است.
گياهان ريشه‌اي و غده‌اي
آخرين گروه گياهان غذايي كه در مناطق معتدله و گرمسيري اساس رژيم غذايي را تشكيل مي‌دهند، گياهان ريشه‌اي و غده‌اي هستند كه در ميان آنها سيب‌زميني كه مهمترين وموثرترين گياه براي توليد نشاسته است و يكي از اقلام اساسي غذايي در تمام كشورهاي مناطق سرد و معتدله مي‌باشد.
اين گياه به فصل سرد رشد سازگار است و
همچنين نياز به رطوبت يكنواخت در طول تشكيل غده و نيز خاك‌هاي سبك با زهكشي مناسب دارد. بالابودن درجه حرارت بويژه در شب‌ها مي‌تواند از عوامل موثر در سرايت بيماري بلايت (Phytophthora infestants) كه در اواسط قرن نوزدهم خسارت زيادي به سيب‌زميني در ايرلند وارد كرد، باشد. به علاوه تكثير غيرجنسي سيب‌زميني امراض را مستعد مي‌كند و در نتيجه توليد تجارتي بذر سيب‌زميني انباري را د
چار مشكل آلودگي مي‌سازد. سيب‌زميني بذري را معمولاً در محدوده شمالي دامنه سازگاري آن يعني خارج از حيطه‌ي آفات و بيماري‌هاي اين گياه كشت مي‌كنند. سيب‌زميني يكي از پرمحصول‌ترين گياهان زراعي است، ولي به سبب اين كه 78درصد وزن آن آب است، پس از چند ماه انباركردن، قابليت فساد دارد. در مناطق معتدله ساير گياهان ريشه‌اي مانند شلغم و چغندر علوفه‌اي، از ديرباز براي توليد علوفه زمستانه كشت مي‌شده است.
سيب‌زميني شيرين و كاساوا از مهمترين گياهان غده‌اي مناطق حاره هستند. در مناطق حاره و مرطوب كه فصل رشد طولاني است و انباركردن مواد غذايي مشكل است، وابستگي سيستم‌هاي سنتي معيشتي به گياهان نشاسته‌اي از قبيل: يام و تارو زياد است. اين گياهان براي توليد محصول خوب به روزهاي بلند و شبهاي گرم، در طول چهارماه رشد سيب‌زميني شيرين و كاساوا و 8 تا 12 ماه رشد براي يام و تارو نيازمند هستند.
نيشكر يكي از گياهان عمده زراعي است. مصرف شكر، به مقدار زياد در كشورهاي مناطق معتدله سابقه زيادي ندارد و تنها در فاصله زماني كمي وضعيت آن، از يك كالاي لوكس به كالاي پرمصرف تغيير يافته است. اين گياه يكي از منابع عمده انرژي و چاشني است و فرآورده‌هاي فرعي زيادي كه از مهمترين آنها الكل و روغن است، از آن حاصل مي‌شود. توسعه سريع تكنولوژي سال‌هاي اخير در زمينه‌هاي كشت و كار و فرآيندسازي باعث تسهل اهلي‌شدن اين گياه شده است. بويژه به‌نژادي در مقابل مقاومت به ويروس موزائيك نيشكر باعث شده است توليد اقتصادي آن در مناطقي كه كشت مي‌شود، ميسر گردد.
نيشكر گياهي است مخصوص مناطق حاره كه احتياج به 14-12 ماده دوره رشد كامل دارد و پس از آن براي تجمع شكر تا زماني كه د
رجه حرارت مناسب شود، در زمين نگهداري مي‌شود. به باران فراوان نياز دارد و در طول دوره‌ي ذخيره‌سازي قند به روزهاي آفتابي زيادي محتاج است.
چغندرقند نيز يكي ديگر از گياهان نسبتاً جديد است كه (به تكنولوژي پيشرفته جهت استخراج قند وابسته بوده) شرايط محيطي م
ورد نياز آن، شبيه سيب‌زميني است. به روزهاي بلند و نور فراوان، براي افزايش قند نياز دارد و شرايط شور و قليايي را بهتر از بيشتر گياهان زراعي تحمل مي‌كند.
پنبه تنها گياه صنعتي است كه رقيب عمده‌ي گياهان زراعي بوده و مهمترين گياه توليدكننده الياف است. ساير گياهان ليفي عبارتند از: كتان، كنف و سيسال.
پنبه از گياهان قديمي اهلي شده در آمريكاي جنوبي ومركزي و آسيا و آفريقاست. انواع مختلف آن بر حسب طول الياف تقسيم‌بندي شده كه مهمترين آنها عبارتند از:
1. آپلند آمريكايي (Gossypium Hirsutum) الياف كوتاه
2. سي‌آيلند (G. barbadense) الياف بلند
3. پنبه‌ي مصري (G. herbaceum) الياف بلند
4. پنبه آسيايي (G. arboreum) الي
اف كوتاه
پنبه‌هاي آپلند آمريكايي و مصري از مهمترين گونه‌هايي هستند كه در گذشته و حال به صورت دو منظوره، براي تهيه الياف و روغن در دنياي قديم و جديد كشت مي‌شده‌اند. متوسط درجه حرارت 22-21 درجه سانتي‌گراد وحداقل 500 ميلي‌متر بارندگي و عدم يخبندان در اول دوره رشد، از شرايط لازم براي موفقيت در زراعت پنبه است.
اصولاً پنبه گياهي چند ساله بارش
د نامحدود است كه امروزه به صورت يكساله كشت مي‌شود. پنبه اصولاً گياهي دو منظوره است و بذر آن (18 تا 24 درصد روغن و 16 تا 20درصد پروتئين) از مهمترين منابع روغن‌هاي خوراكي است و باقيمانده بذرها پس از روغن‌كشي در تهيه كنجاله، براي غذاي دام استفاده مي‌شود.
گياهان ديگري كه منبع روغن و غذاي دام هستند، شامل گلرنگ، كرچك، آفتابگردان، شاهدانه، كتان، كنجد و كلزا است. ميوه بعضي درختان مناطق گرمسيري و نخل‌هاي نيمه گرمسيري نظير: نارگيل، نخل روغني و زيتون براي مصرف محلي و نيز توليد روغن در سطح تجارتي كشت مي‌شوند.
در حالي كه تعدادي از گياهان زراعي به دو منظور براي غذاي انسان كشت مي‌شوند، تعدادي از اين گياهان فقط به منظور علوفه كشت مي‌شوند و در مجموع سطح زيادي از زمين‌هاي زراعي را شامل مي‌شوند. اين گروه شامل علفهاي چمني و بقولات از قبيل شبدر، ماشك و يونجه است كه در مناطق سرد و معتدله به عنوان چراي مستقيم، علوفه سيلويي، علوفه خشك و يا كودسبز در تناوب كشت مي‌شوند.
چون در گياهان علوفه‌اي قسمت عمده توليد آن در طول دوره‌ي رشد مصرف مي‌شود و يا براي تغذيه دام بعدي ذخيره مي‌شود، اهميت نسبي آن بر حسب توليد و ارزش مشكل است، زيرا اين پارامترها را نمي‌توان به دقت براي خيلي گياهان مشخص كرد. به سبب حجم زياد به جز در موارد خاص حمل و نقل آنها اقتصادي نيست.
بقيه‌ي گياهان زراعي شامل سبزيجات و ميوه‌جات است كه چاي و قهوه از مهمترين درختچه‌ها بوده انواع درختان را نيز شامل مي‌شوند
. هر يك از اين گروه‌ها شامل گياهاني هستند كه در مقياس كم (باغ‌هاي تخصصي يا تجارتي) و يا در مقياس زياد به صورت گياه زراعي يا به صورت باغ و يا مانند درختان غيرمثمر به صورت جنگل‌هاي مصنوعي كشت مي‌شوند.
در يك انتهاي اين طيف، كشاورزي به باغباني و در انتهاي ديگر به جنگل‌كاري وصل است. (منبع شماره 2)
فصل دوم
اقليم زراعي و عوامل موثر بر ر تعيين نوع گونه‌ي زراعي و ارقام مناسب كشت هر منطقه و نيز در تعيين عملكرد حاصل از گياهان نقش مهمي را به عهده دارد، زيرا توليد موفقيت‌آميز گياهان زراعي مستلزم استفاده‌ي مفيد از منابع محيطي نظير انرژي خورشيدي، گازكربنيك و آب است.
بشر از زمان شروع كشاورزي رابطه‌ي بين اقليم و نوع رويش را شناخت و بر همين اساس گياهان را جهت اهلي‌نمودن انتخاب كرد و اكنون به خوبي ثابت شده است كه اقليم بر ساختمان و عمل اكوسيستم‌هاي طبيعي و زراعي تاثير به سزايي دارد. با وجودي كه كشاورزي مدرن توانسته است برخي از گياهان را به مناطقي كه رويشگاه اصلي آنها نيست، وارد كند، ولي هنوز مي‌توان رابطه‌ي بين نوع گياه زراعي، رويش طبيعي و اقليم هرمنطقه را در تمام جهان به وضوح مشاهده كرد. تعداد محدودي از اقليم‌هاي كره زمين در جدول 1-2 آورده شده، جهت كشاورزي مناسب مي‌باشد.
به طور كلي فنولوژي، سرعت رشد و توليد ماده خشك در گياهان زراعي به مجموعه‌ي عوامل اقليمي نظير انرژي خورشيدي، نور، طول روز، درجه حرارت، آب و غيره بستگي دارد و بنابراين شناخت نحوه تاثير اين عوامل بر گياهان زراعي ضروري به نظر مي‌رسد. با مطالعه اين عوامل و نيز با بررسي الگوهاي اقليمي مي‌توان نوع اكوسيستم زراعي مناسب براي هر منطقه را پيش‌بيني نمود. در اين بخش مهمترين عوامل محيطي موثر بر رشد گياهان زراعي مورد بررسي قرار خواهند گرفت. (منبع شماره 1)
جدول 1-1: خلاصه اقليم‌هاي اصلي جهان كه براي كشاورزي مناسب مي‌باشند،
همراه با فرم اصلي رويش در آنها
گروه اقليمي نوع اقليم درجه حرارت بارندگي رويش اصلي
گرمسيري باراني گرمسيري مرطوب در تمام سال گرم بدون فصل خشك جنگل‌هاي باراني حاره‌اي
گرمسيري مرطوب و خشك در تمام سال گرم تابستان مرطوب و زمستان خشك ساوانا و جنگل‌هاي خشك
خشك اسپتي واقع در عرض‌هاي جغرافيايي
مياني تابستان‌هاي گرم و زمستان‌هاي سرد ملايم در تابستان علفهاي چمني كوتاه و ايستاده
مرطوب
(مزوترم) نيمه‌گرمسيري با تابستان خشك تابستان هاي داغ زمستان‌هاي گرم تابستان خشك و زمستان باراني درخچه‌هاي چوبي اسكلروفيليك
مرطوب نيمه‌گرمسيري تابستان‌هاي گرم و زمستان‌هاي معتدل تمام سال مرطوب جنگل‌هاي مخلوط و علفهاي چمني بلندي معتدل بارندگي در تمام فصول ولي عمدتاً در زمستان مخروط‌داران تا جنگل‌هاي خزان‌دار
مرطوب
(ميكروترم) مرطوب بري يا تابستان‌هاي گرم مرطوب بري با تابستان‌هاي گرم بارندگي عمدتاً در تابستان جنگل‌هاي خزان‌دار
مرطوب بري با تابستان‌هاي خشك مرطوب بري با تابستان‌هاي خشك كل باران سالانه متغير ولي تابستان معمولاً خشك جنگ و علفهاي چمني بلند
شدت نور
شدت نور بر فرآيندهاي داخلي گياه تاثير مي‌گذارد. براي مثال پديده‌هاي فتومرفوژنز وابسته به نور، معمولاً تحت تاثير نورهاي با شدت كم قرار مي‌گيرند. ولي جهت انجام فتو سنتز مطلوب نور باشدت زياد لازم است ، بنابراين مقدار زياد نور خورشيد يك سرمايه‌ي بالقوه عظيم براي كشاورزي در مناطق نيمه خشك مي باشد زيرا مناطق نيمه خشك گرم و معتدل جهان در مقايسه با بسياري از نقاط ديگر داراي طول روز بلندتر،آفتاب درخشانتر توام با حرارت متعادل بالا مي باشد.
به طور كلي در نورهاي با شدت كم، بين شدت نور و شدت فتوسنتز در شدت فتوسنتز يك رابطه خطي وجود دارد و از نظر تئوري فتوسنتز در هر شدت نوري ولو ناچيز، انجام مي‌گيرد، ولي در عمل در شدت‌هاي نور كم تنفس بر فتوسنتز پيشي مي‌گيرد. براي مثال فتوسنتز خالص در شدت نور5380 لوكس برابر صفر مي‌باشد. حداقل شدت نور لازم براي فتوسنتز مفيد5380 تا 10760 لوكس مي‌باشد كه در اين حالت تبادل گازي فتوسنتزي (جذب CO2 و دفعO2) بيشتر از تبادل گازي تنفس (O2 و دفع CO2) مي‌باشد.
فتوسنتز برگ با افزايش شدت نور از قانون بازده نزولي پيروي مي‌كند و شدت‌هاي خيلي زياد نور از طريق تخريب مولكول‌هاي كلروفيل بر فتوسنتز اثر بازدارنده دارد. اين پديده را اصطلا حاً خورشيدي‌شدن كلروفيل مي‌نامند. در اغلب گياهان زراعي برگ در شدت نور معادل 2/0 كالري در سانتي‌متر مربع در دقيقه به اشباع نوري مي‌ر
سند كه اين شدت نور معادل شدت نور در روز ابري و در هنگامي كه خورشيد در بالاترين نقطه قرار دارد، مي‌باشد.
كيفيت نور: عوامل بسياري ازجمله مقدار و نوع پوشش ابر، مه، آلودگي هوا و رنگ شاخ و برگ گياهاني كه در معرض نور قرار گرفته‌اند بر كيفيت
نور دريافتي تاَثير مي‌گذارد. تشعشع تا طول موج 25/0 ميكرون (طيف ماوراء بنفش) براي غالب گياهان مضراست. از 4/0 تا 69/0 ميكرون موثرترين نور براي فتوسنتز مي‌باشد.
تشعشع با طول موج بالاتر از 74/0 ميكرون (طيف مادون قرمز) عملاً تاثيري بر فتوسنتز ندارد و اثر اصلي آن حرارتي است و تنفس را افزايش مي‌دهد، طول موج‌هاي فعال از نظر فتوسنتز (PAR ) بسته به عرض جغرافيائي و فصول سال متغير است.
مدت نور: مدت نور يا تعداد ساعات روشنائي كنترل كننده برخي از پديده‌هاي دروني گياه ازجمله فتوپريوديسم است و از نظر پيدايش اندامها (مرفوژنز) در گياه اهميت دارد.
بطور كلي اثرات نور در گياهان را به سه دسته كلي مي‌توان تقسيم نمود كه عبارتند از:
اثرات انرژي‌زائي نور
اثرات تحريك كننده وتنظيم‌كننده نور
اثرات مخرب نور
و به عنوان مثال، فتوسنتز از اثرات نوع اول، فتوپريوديسم، فتوترو پيسم و مرفوژنز از اثرات نوع دوم و خورشيدي شدن كلروفيل‌ها از اثرات نوع سوم مي باشند. (منبع شماره 1)
آب:
هدف نهايي كشاورزي حصول حداكثر محصول در واحد سطح است. عوامل محدودكننده‌اي در اين مسير وجود دارند كه هر كدام به نحوي عملكرد محصولات زراعي را كاهش مي‌دهند. در شكل 1-2، برخي از اين عوامل بر حسب سهم نسبي هر يك در كاهش محصول نشان داده شده است و همانگونه كه مشاهده مي‌شود، كمبود آب در اين ميان بيشترين سهم را در كاهش عملكرد به خود اختصاص داده است.
اهميت نسبي آب در توليدات كشاورزي بر حسب شرايط جغرافيايي و اقليمي تغيير مي‌كند و بطور كلي به مقدار و توزيع زماني نزولات بستگي دارد. بنابراين بررسي خصوصيات بارندگي در شناخت وضعيت رطوبتي هر منطقه جهت رشد و نمو محصولات زراعي حائز اهميت است. علاوه بر بارندگي ميزان تبخير و تعرق وخصوصيات خاك در ارتباط با نگهداري آب نيز نقش مهمي در رژيم رطوبتي هر منطقه به عهده دارد.
بارندگي يك عنصر اقليمي است كه سال به سال تغيير مي‌كند و در واقع بارندگي يك متغير تصادفي است كه ميزان آن در واحد زمان متغير بوده، ولي ميانگين درازمدت آن ثابت مي‌باشد. برنامه‌ريزي‌هاي زراعي نبايد صرفاً بر مبناي ميانگين بارندگي يك منطقه انجام گيرد، بلكه حتماً بايد نوسانات آن را نيز درنظر داش
ت. تخمين احتمالات وقوع مقادير مشخص باران را در صورت موجود بودن آمار درازمدت نزولات مي‌توان با روش‌هاي آماري به دست آورد.
ضريب تغييرات (CV) بارندگي سالانه از 1/0 در مناطق مرطوب تا 0/1 در اقليم‌هاي خك متغير است. در مورد باران‌هاي بين 1500-1700م.م در سال اين ضريب تغييرات بين 3/0-2/0 قرار دارد.
شكل 1-2: تاثير عوامل محيطي مختلف بر محدودكردن رشد گياهان زراعي نسبت به شرايط اپتيمم رشد.
الگوهاي توزيع بارندگي در اقليم‌هاي مختلف متفاوت بوده و از نقاط مرطوب استوايي تا مناطق خشكي كه ميزان بارندگي در آنه
ا كمتر از حداقل نياز گياهان است، متغير مي‌باشد.
ميانگين حداقل مقدار بارندگي براي رشد گياهان زراعي (AAR)، بسته به نوع گياه زراعي متفاوت است. تمام باران نازل شده قابل استفاده گياه نمي‌باشد، بلكه اين نزولات وارد شبكه پيمايش باران شده و به تدريج مصرف مي‌گردد. در شكل 2-2، سرنوشت نزولات در جوامع گياهي (يا شبكه پيمايش باران) نشان داده شده است.
شكل 2-2: سرونوشت باران در اين طرح بيلان آب در خاك و جامعه گياهي نشان داده شده است.
منبع اصلي تامين آب مورد نياز گياهان، آب ناشي از نزولات آسماني (برف و باران) است، ولي رطوبت نسبي هوا، شبنم و مه نيز در برخي موارد (بويژه در مناطق خشك) از نظر تامين آب مورد نياز گياهان حائز اهميت هستند.
بطور كلي هوا تمايل زيادي براي جذب رطوبت دارد و هرچه درجه حرارت هوا بالاتر باشد، ظرفيت جذب و نگهداري رطوبت آن نيز بيشتر خواهد بود. هوايي را كه بخار آب آن به حداكثر ظرفيت رسيده باشد، هواي اشباع از بخار آب مي‌گويند. پايين‌آمدن درجه حرارت هواي مرطوب موجب تشكيل مه يا شبنم خواهد شد. چنانچه صعود هواي مرطوب با كاهش دماي آن شود، نتيجه توليد ابر مي‌باشد و هنگامي كه ابر به نقطه چگالش برسد، باران نازل مي‌گردد.
شبنم عمدتاً در شب تشكيل مي‌گردد و علت تشيل آن سردشدن سطح برگها و خاك در اثر از دست‌دادن تشعشع جذب شده در طي روز است. مقدار كل شبنم در طول يك سال احتمالاً بيش از 1 ميلي‌متر نخواهد بود. جذب شبنم در گونه‌هاي مختلف گياهي بسيار متفاوت است و عمدتاً به شدت و مدت ريزش آن و نيز به رژيم رطوبتي خ
اك بستگي دارد. شبنم تنها مقدار بسيار كمي از احتياجات آبي گياه را تامين مي‌كند، ولي همين مقدار ناچيز در مورد گياهاني كه در شرايط كمبود رطوبت قرار دارند، ممكن است بااهميت باشد. مه نيز نظير شبنم در شرايط كمبود رطوبت مي‌تواند در رشد گياهان از طريق بالا بردن رطوبت هو
ا، مرطوب نمودن قسمت‌هاي هوايي گياه و مرطوب كردن سطح خاك اثر بگذارد. لذا با وجودي كه كه نقش و اهميت مه در تامين آب مورد نياز گياهان اندك است، ولي در برخي مناطق نوع و تراكم رستني‌ها هر دو تحت تاثير كثرت و نوع مه قرار مي‌گيرند.
به اين ترتيب مشاهده مي‌شود كه باران و برف نزولات آسماني اصلي موثر در تامين آب مورد نياز گياهان مي‌باشند. (منبع شماره 1)
نقش آب به عنوان كنترل‌كننده سير انرژي در گياهان
مي‌دانيم كه انرژي خورشيدي به صورت امواج الكترومغناطيسي در سيستم فتوسنتزي گياهان سبز جريان يافته و در آنجا به شكل انرژي موجود در
پيوندهاي شيميايي درمي‌آيد.
اين انرژي شيميايي بعداً براي ايجاد ساختمان‌ها و اندام‌هاي جديد (يعني توليد مواد ساختماني، قندها، پروژتئين‌ها و غيره) و نيز براي حفظ سيستم بكار برده مي‌شود. اين مواد شيميايي در نهايت تجزيه شده و انرژي حاصل از آنها از طريق تنفس گياه به حرارت تبديل مي‌شود.
كل انرژي كه در طول زندگي يك گياه در آن جريان مي‌يابد، به عوامل متعددي بستگي دارد. برخي از اين عوامل ژنتيكي بوده و از طريق اندازه جثه و طول دوره‌ي زندگي گياه عمل مي‌كنند؛ آب، درجه حرارت، طول روز و دسترسي به مواد غذايي از جمله عوامل خارجي موثر در جريان انرژي مي‌باشد. هر يك از اين عوامل را مي‌توان به عنوان يك «شير» يا «دريچه» در نظر گرفت كه جريان انرژي در سيستم گياهي را كنترل مي‌كند. مثال زير اين مفاهيم را روشن‌خواهد كرد.
هر نقطه يا سطح باز از خاك در طي فصل رشد گياه مقدار تقريباً قابل پيش‌بيني انرژي خورشيدي را دريافت خواهد كرد. حال وضعيتي را در نظر مي‌گيريم كه كليه نيازهاي لازم براي رشد گياه، بجر آب، فراهم باشند. اگر يك بذر سالم در اين شرايط قرار گيرد، جوانه نزده و در نتيجه هيچ‌گونه انرژي از درون گياه عبور نخواهد كرد. اگر آب فراهم نباشد، بذر جوانه زده و رشد صورت مي‌گيرد و متعاقب آن انرژي خورشيدي در گياه جريان يافته و اين سيستم را حفظ مي‌كند.
معهذا قطع كامل آب در هر زمان يا هر مرحله از رشد جريان انرژي در سيستم گياهي را به صفر تقليل خواهد داد. بنابراين آب را مي‌توان به عنوان شير يا دريچه‌اي براي كنترل انرژي كه از ميان سيستم عبور مي‌كند، در نظر گرفت.
شكل 3-2، طرح ساده‌اي از جريان انرژي در گياهان را نشان مي‌دهد. در اين شكل علامت دايره نشان‌دهنده هر منبع انرژي است كه در خ
ارج سيستم مورد نظر قرار داشته باشد و در مورد سيستم گياهي اين منابع شامل انرژي خورشيدي، گازكربنيك آتمسفر و آب مي‌باشند.
علامت مخزن ( ) نشان‌دهنده‌ي ذخيره‌ي هر نوع انرژي در سيستم بوده و مي‌تواند به صورت ذخيره آب در خاك، ذخيره انرژي در پيوندهاي
شيميايي يا هرنوع ذخيره ديگر (براي مثال ذخيره اطلاعات ژنتيكي در رشته‌هاي DNA) باشد. علامت گلوله مانند ( )نشان‌دهنده كلوروپلاست است كه مي‌تواند انرژي نوراني خورشيد را به انرژي شيميايي تبديل كند. شير يا دريچه‌ها ( ) كه به مخازن ذخيره‌اي ( ) منتهي مي‌شوند، نقاطي هستند كه جريان انرژي خورشيدي در س
يستم در آنجا كنترل مي‌گردد. فلش‌هايي كه به طرف پايين اشاره مي‌كنند، معرف اتلاف انرژي از سيستم در هر واكنش يا هر مرحله از تغيير شكل انرژي (به صورت حرارت يا استهلاك) مي‌باشند. (اين اتلاف انرژي از سيستم بر اساس قانون دوم ترموديناميك ضروري مي‌باشد). مثلث‌هاي معكوس توپر (سياه‌رنگ) مراحل تغيير شكل انرژي را (مثلاً تبديل انرژي شيميايي به حرارتي در مرحله تنفس يا انرژي تنفس يا انرژي شيميايي به ساير حالات انرژي) نشان مي‌دهند.
بايد توجه داشت كه در هر مرحله از تغييرشكل، مقداري از انرژي اتلاف مي‌گردد.
شكل 3-2، سه مرحله‌اي را كه در آنها آب جريان انرژي در گياه را كنترل مي‌كند، نشان داد است. اولين مرحله، سيستم فتوسنتزي است. در فتوسنتز گياهان عالي آب منبع نهايي الكترون براي احياء گاز كربنيك بوده و به عنوان يك واكنش‌گر عمل مي‌كند و كاهش عرضه‌ي آب در جريان فتوسنتز، باعث اختلال در پيشرفت واكنش‌هاي شيميايي اين فرآيند مي‌گردد. به علاوه كاهش محتواي آب سلول‌ها، باعث افزايش غلظت شيره‌ي سلولي شده كه اين امر نيز ممكن است بر انجام وظايف آنزيم‌ها و اندامك‌هاي درون سلولي تاثير بگذارد.
از سوي ديگر با افزايش تنش آب و نزول فشار تورژسانس
سلول‌هاي محافظ روزنه، هدايت روزنه‌ها كاهش يافته و فتوسنتز در اثر كاهش عرضه گازكربنيك به برگ تقليل مي‌يابد. در شكل اولين مرحله كنترل جريان انرژي توسط آب بوسيله سه دريچه متوالي كه در پشت سيستم فتوسنتزي قرار دارند، نشان داده شده است.
شكل 32-2: آب به عنوان كنترل كننده جريان انرژي در گياه. آب (و ساير نيازمندي‌هاي گياه) به عنوان دريچه‌هايي براي كنترل سير انرژي در سيستم گياهي عمل مي‌كنند. محدوديت آب باعث كاهش كل انرژي جاري در گياه مي‌گردد. خطوط پهن جريان انرژي مسيرهاي اصلي جريان انرژي خورشيدي را نشان مي‌دهد. خطوط باريك معرف جريان كمتر انرژي است كه مربوط به اعمال كننده آب، گازكربنيك و نيز بعضي از مسيرهاي فرعي سير انرژي خورشيدي مي‌شود.
دومين مرحله كنترل انرژي ورودي هنگام ذخيره انرژي ناخالص در گياه است. اين نوع انرژي شامل مخازن متابوليكي مواد تثبيت‌شده‌اي است كه از يك طرف دائماً در اثر فتوسنتز اضافه شده و از يك طرف ديگر بوسيله كليه فرآيندهاي انرژي‌خواه گياهي به مصرف مي‌رسند. اين انرژي ذخيره‌اي را به طور ساده مي‌توان «فتوسنتز يك روز» محسوب نمود.
كمبود آب در اين مرحله نظير مرحله قبل از طريق تغيير دادن پتانسيل آب سلول‌ها (تغيير غلظت محلول‌هاي درون سلولي)، بر عمل آنزيم و اندامك‌ها تاثير مي‌گذارد. تجمع اسيد آبسسيك و پرولين نتايج نهايي اين نوع اثرات مي‌باشند. به علاوه گياهان توزيع مواد فتوسنتزي روزانه خود را بر حسب تغييرات آب موجود، تغيير مي‌دهند. براي مثال گياهان مقاوم به خشكي مقدار بيشتري از انرژي جاري ذخيره‌اي خود را به سمت ريشه مي‌فرستند.
سومين مرحله كنترل جريان انرژي بوسيله آب، كنترل ساختماني است. آب براي انبساط سلولي (رشد) و ايجاد فشار تورژنانس ضروري است. بر برگ‌هاي كامل كه حفظ فشار و آماس در آنها اهميت ويژه‌اي دارد، آب با كاهش اين فشار بر ساخت
مان برگها اثر گذاشته و باعث پژمردگي آنها مي‌شود. در برگ‌هاي جوان علاوه بر اثرات فوق‌الذكر، آب اثرات موفولوژيكي ديگري را نيز بوجود مي‌آورد.
