Соя относится к семейству бобовых – Leguminosae, подсемейству мотыльковых – Papilionatae, роду глицине – Glycine L., виду – соя культурная (Glycine hispida). Некоторые исследователи считают, что настоящее название сои – Glycine max (L.) Merill, а в СССР соя именовалась – Glycine hispida (Moench). По последней внутриродовой классификации Палмера, Хаймовица и Нельсона (1996) род соя представлен 18 травянистыми многолетними видами (Австралийский центр происхождения) и однолетними видами (Юго-Восточный Азиатский центр происхождения), разделёнными на 2 подрода: Glycine Willd. и Soja (Moench) F.J. Herm. Все возделываемые сорта сои ведут начало из Юго-Восточного Азиатского очага (Енкен В.Б., 1959; Голубев В.В., 1982).
Соя – однолетнее растение с периодом вегетации от 70 до 250 дней. Стебель крепкий, прямостоячий, сильно ветвится и образует куст высотой до 1,0-1,5 м. Корневая система стержневая, пронизывающая толщу почвы до полутора метров, но основная масса корней обычно находится в пахотном слое (Страсбургер Э., 2007). При оптимальных условиях всходы появляются через 5-7 дней с вынесением семядолей на поверхность почвы, затем формируется два примордиальных и через 6-7 дней первый настоящий тройчатый лист. Листья сои сложные, они имеют прилистники и состоят из листочков. Форма листовых пластинок может быть широкояйцевидной, овально-заостренной, клиновидной (Медянников Н.В., 1984).
Высота стеблей от очень низких (от 15 см) до очень высоких — до 2-х и более метров. У всех видов рода соя, включая вид культурной сои, листья тройчатосложные, изредка встречаются 5, 7 и 9-листочковые, с опушёнными листочками и перистым жилкованием. Венчики цветка сои светло-фиолетовые или белые, мелкие, собраны в короткие малоцветковые или длинные многоцветковые кисти. Длина цветка 6-7 мм (Оксененко И.А., 1997; Лукомец В.М., 2005).
Плод сои представляет собой боб, вскрывающийся двумя створками по брюшному и спинному швам и обычно содержащий от 1 до 5 семян, чаще 2-3 семени. Бобы сои прямые, слабоизогнутые и серповидные длиной от 2-2,5 до 6-8 см. Основная масса семян сои овальная, различной выпуклости. Размеры семян варьируют от мелких – масса 1000 семян 100-149 г, до очень крупных (более 310 г) с преобладанием семян среднего размера – 150-199 г. В зависимости от сорта семена по цвету бывают желтые, зеленые, бурые, коричневые, редко черного цвета, а также могут быть пигментированные (Тильба В.А., 2000). По данным ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (Масличные культуры…, 1998) сорта сои с темноокрашенными семенами легче переносят пониженные температуры, чем со светлоокрашенными. Поэтому сорта с темными семенами можно высевать раньше светлоокрашенных семян (Баранов В. Ф., Кочегура А. В., 2001).
Соя относится к самоопыляемым растениям. Проходит следующие основные фазы развития: всходы, образование первого тройчатого листа, ветвление, бутонизация, цветение, формирование и налив бобов, начало и полное созревание семян (Соя: качество…, 2001). В последнее время ученые ряда стран разделяют вегетационный период сои на два подпериода: вегетативный и генеративный (Likhten S., Moor H., 2007). В благоприятных условиях всходы появляются на 5-7-й день после посева. Фазы ветвления и бутонизации охватывают периоды от полного развития первого тройчатого листа до образования бутонов. Довольно продолжительны фазы цветения и плодообразования (Баранов В.Ф., Березовская С.М., 2005). Продолжительность цветения одной кисти составляет 5-10 дней. Плодообразование считается со времени появления первых бобов, через 10-17 дней от начала цветения и завершается эта фаза с формированием семян в верхних бобах. Бобообразование и развитие продолжается 15-25 дней. Фаза созревания семян 10-12 дней. Начальная спелость – массовое пожелтение бобов и начало опадания листьев – длится 8-12 дней (Тур Н.С., 1994).
Если длину вегетационного периода принять за 100%, то на время до цветения приходится в среднем 35-40% этого периода, на фазу цветения – 25-30%, созревания 10-15% с определенными отклонениями по годам и сортам (Присяжный М.М., 1991). Время цветения в значительной степени зависит от продолжительности темного периода суток. Другие факторы внешней среды, такие как температура, элементы питания, интенсивность и качество освещения, могут влиять на сроки цветения, но не оказывают решающего действия (Norman A.G., 1967).
Соя относится к группе теплолюбивых культур. Потребность сои в тепле увеличивается от прорастания семян к всходам, затем к цветению и формированию семян; во время созревания она заметно снижается. Семена сои начинают прорастать при температуре почвы 6-7°С. Однако при такой температуре всходы появляются через 25-30 дней после посева. Биологическим минимумом для прорастания семян – 6-7 градусов среднесуточная температура почвы на глубине 5-7 см; достаточная температура – 12-14°С. При прогревании почвы на глубине заделки семян до 12 °С, всходы появляются через 7-8 дней. Всходы сои переносят кратковременные заморозки до -2°С, однако при этом рост и развитие растений замедляется (Соя в Алтайском крае, 2006). Для полного завершения биологического развития сое необходима сумма активных температур (выше 10°С) в зависимости от продолжительности вегетационного периода от 1700 до 3200°С (Boerma R.H., Specht E.J., 2004).
Степень повреждения сои заморозками в значительной мере обусловливается не только их силой и продолжительностью, но и фазой развития растений. В фазе всходов кратковременные заморозки – 2,0-2,5 °С для сои в общем не опасны. Но длительное понижение температуры в период развития тройчатых листьев может нанести значительный вред растениям. Когда под влиянием сильного заморозка листья всходов полностью замерзают, но семядоли остаются живыми, способность к росту и развитию растений сохраняется. Установлено, что при повышении температуры интенсивность фотосинтетической деятельности посевов сои возрастает, обычно достигая максимума при температуре 25-30°С, а дальнейшее повышение температуры ведет к снижению интенсивности фотосинтеза (Пенчуков В.М., Медянников Н.В, Каппушев А.У., 1984).
Соя среднеустойчива к засухе. В начале вегетации она менее требовательная к влаге. В это время без ущерба для урожая сравнительно легко переносит недостаток влаги в почве, так как у нее усиленно развивается корневая система и медленно нарастает вегетативная масса. Расход воды соей в период всходы-цветение составляет около 27-32%, а в период цветение-созревание 68-73% от суммарного потребления ее за весь период вегетации. Недостаточная влагообеспеченность и низкая влажность воздуха в период цветения и плодообразования (ниже 70%) вызывают опадение цветков и молодых бобов, в бобах образуются недоразвитые семена (Пащенко Л.П., 2007).
Сою принято считать культурой относительно влаголюбивой. За период вегетации она потребляет воды в 3-4 раза больше, чем зерновые культуры. Расход воды на единицу сухого вещества от появления всходов до начала цветения выше, чем от ветвления до начала цветения, и резко возрастает при формировании зерна. Особенности отношения сои к влагообеспеченности в течение вегетационного периода связаны с ее эволюцией, которая проходила в условиях муссонного климата. У культуры сформировался обмен веществ, соответствующий низкой влагообеспеченности от всходов до цветения и высокой в период формирования репродуктивных органов. Оптимальными условиями снабжения ее водой считаются те, когда в период «посев-всходы» выпадает 35-50 мм осадков, в период «всходы-цветение» – 20-160 мм, «цветение-созревание» – 230-250 мм. В последнем случае обеспечиваются необходимые влагозапасы в почве от цветения до созревания на уровне 70-80% НВ.
Способность сои противостоять засухе может быть весьма различна в зависимости от фазы развития растений, распределения осадков во второй половине лета, а также особенностей сорта и типа почвы. Особенно соя чувствительна к засухе в период цветения, образования и роста бобов. При частом повторении высоких температур у растений сои снижается количество цветков и плодов, наблюдается остановка роста, формируются мелкие и щуплые семена. Высокие температуры и отсутствие осадков в период цветения, образования и налива бобов приводит к резкому снижению урожайности.
Для набухания и нормального прорастания семян необходимо 130-160% воды от их массы. Транспирационный коэффициент в зависимости от условий среды колеблется от 400 до 700 единиц. Опыт исследователей в южных регионах России свидетельствует о том, что при медленном росте надземной массы и мощном развитии корневой системы соя хорошо переносит недостаток влаги в первый период роста и развития, то есть до цветения. Однако в фазах цветения и созревания семян она очень сильно страдает от недостатка влаги. Начиная с фазы цветения, недостаток влаги в один период не компенсируется даже избытком ее в последующие фазы развития. Благоприятное развитие сои обеспечивается при количестве осадков 300-350 мм за три наиболее теплых месяца (июнь, июль, август), жизненный же минимум за три месяца – 75 мм.
Для нормального роста растений и формирования репродуктивных органов влажность почвы должна составлять 80-100% от предельной полевой влагоемкости. В период генеративного развития влажность пахотного слоя почвы не должна опускаться ниже 65% НВ (Баранов В.Ф., 2000). Критическим периодом, то есть периодом, когда соя больше всего нуждается во влаге, является фаза формирования семян. Поэтому пониженная влажность во время цветения и достаточная влагообеспеченность в фазе формирования семян обычно позволяют получать средние или хорошие урожаи. Увлажнение почвы для сои должно сочетаться с повышенной относительной влажностью воздуха, особенно в период цветения и начала налива бобов. Если в этот период наблюдается сухость воздуха (относительная влажность воздуха 30-40%), то соя сбрасывает до 70% цветков и завязей (Пащенко Л.П., 2007).
Соя – исключительно светолюбивое растение короткого дня, перемещение ее в широтном направлении с юга на север отодвигает сроки начала ее цветения, усиливает рост вегетативной массы, значительно удлиняет период вегетации. Для успешного возделывания сои следует использовать сорта, приспособленные к конкретным условиям зоны, и прежде всего к продолжительности светового дня и высокой интенсивности света. При недостаточной освещенности наблюдается пожелтение и опадение нижних листьев, что приводит к снижению урожая. В сплошных посевах под влиянием сильного затенения листья отмирали до 7-9 узла уже к началу образования бобов, тогда как в широкорядном посеве с междурядьями 60 см листья на этих узлах сохранялись до начала созревания, что положительно сказывалось на урожайности (Зеленцов С.В., 2005). В связи с этим к числу благоприятных условий, обеспечивающих высокую продуктивность сои, следует отнести достаточную освещенность всего растения. Доступ света особенно необходим нижнему ярусу растений, где сосредоточена большая часть ассимиляционного аппарата и бобов. В условиях пониженной освещенности наблюдается вытягивание в высоту растений, уменьшается вес и крупность семян.
Важная биологическая особенность сои – способность ее к симбиозу с клубеньковыми бактериями рода Rhizobium. Эффективность симбиоза зависит, в первую очередь, от генетической природы штаммов Rhizobium и растения-хозяина и их биологической совместимости, в результате чего оба организма извлекают пользу: бактерии получают от растения углеводы и другие необходимые им соединения, а растение получает азот фиксированный бактериями из атмосферы. Количественное использование бобовыми растениями атмосферного азота, а в связи с этим и условия азотного питания непосредственно связаны, прежде всего, со свойствами растения-хозяина, а также определяются физико-химическими свойствами почв. При благоприятных условиях для бобово-ризобиального симбиоза соя может за вегетацию фиксировать до 280 кг/га азота атмосферы (Вавилов П.П., Посыпанов Г.С., 1983).
Соя может произрастать на самых различных почвах. И хотя тяжелые глинистые почвы неблагоприятны для появления всходов, особенно после дождливой погоды, здесь соя произрастает лучше, чем многие другие культуры. Для нее непригодны солончаки, заболоченные и кислые почвы. Произрастание сои на самых различных почвах еще не говорит о ее нетребовательности к плодородию и типу почв. Соя хорошо растет при рН 6,5-7,0 (Баранов В.Ф., 2000). Почвы с рН ниже 3,9 и выше 9,0 непригодны для этой культуры.
Степень плодородия почвы, ее механический состав и глубина пахотного горизонта оказывают большое влияние на урожайность, особенно при недостатке влаги. На малоструктурных почвах с небольшим пахотным горизонтом влияние засухи сказывается гораздо быстрее и сильнее, чем на плодородных почвах с хорошей водопроницаемостью. Поэтому лучшими почвами для сои являются хорошо оструктуренные, достаточно влагоемкие, с мощным корнеобитаемым слоем, высоко плодородные с оптимальным запасом подвижных элементов минерального питания, способные легко прогреваться, богатые гумусом, с нейтральной реакцией почвенной среды. Оптимальные сроки посева сои наступают при устойчивом прогреве почвы до 12-14°С (Технология производства …, 2004).
На формирование 1 тонны зерна соя потребляет в среднем 70-85 кг азота, 25-35 кг фосфора и 35-40 кг калия. Соя потребляет элементы питания в течение вегетации неравномерно. От всходов до цветения она усваивает 5,9-6,8% азота, 4,6-4,7% фосфора и 7,6-9,4% калия от общего потребления за вегетацию. Наибольшее потребление элементов питания происходит во время цветения, формирования бобов, начала налива семян. В этот период она потребляет соответственно 57,9-59,7%, 59,4-64,7 и 66,0-70,0%; от начала налива семян до конца созревания – 33,7-36,3, 30,6-36,0% и 18,9-26,4% соответственно. В фосфоре соя остро нуждается в период формирования репродуктивных органов (более 50% общей потребности). В азотном питании критический период для сои – 2-3 недели до цветения и 2 недели после цветения (Присяжный М.М., 1991).
Биологические особенности сои и широкое сортовое разнообразие позволяет выращивать эту ценную культуру в исключительно разнообразных почвенно-климатических и географических ареалах, а возможности растений сои формировать клубеньки на корнях, способствующие азотфиксации, делают сою хорошим предшественником для зерновых и крайне привлекательной культурой в севообороте.