Теория фотосинтетической продуктивности растений и посевов

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 19.09.2024

План лекции:

1. Урожай как результат фотосинтетической деятельности растений в посевах;

2. Фотосинтез как фактор урожайности;

3. Фотосинтетически активная радиация (ФАР);

4. Фактические и теоретически возможные коэффициенты использования солнечной энергии;

5. Получение посевов с оптимальным ходом роста площади листьев;

6. Ресурсы ФАР и потенциальный урожай;

7. Тепло как часть солнечной радиации.

1. Основная литература

1.1 Баранов В. Д., Тараканов И. Г. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур.-М.: Изд-во УДН, 1990. – 71 с.

1.2 Гаврилов А. М. и др. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. - Волгоград: ВСХИ, 1984. - 194 с.

1.3 Каюмов М. К., Программирование продуктивности полевых культур. Справочник. М: Росагропромиздат, 1989. - 368 с.

1.4 Листопад Г. Е. Программирование урожаев. - Волгоград. 1975. - 368 с.

2. Дополнительная литература

2.2.Собого А. А. и др. Программирование урожаев - в основу прогрессивных технологий. - К.: Урожай, 1984. - 150 с.

2.3.Томин Х. Г. Солнечная радиация и формирование урожая. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 197 с.

1. Урожай как результат фотосинтетической деятельности растений в посевах

Физиология растений дала ряд критериев в определении высокого урожая. Растениеводство является системой мероприятий, направленных на наилучшее использование процесса фотосинтеза зеленых растений.

Повышение валовых сборов продукции возделываемых растений возможно осуществить двумя путями. Первый путь - это расширение посевных площадей. В этом случае возможности ограничены, так как проведенные подсчеты показывают, что в результате мелиорации и освоения ряда территорий площади под сельскохозяйственными растениями могут быть увеличены в 2-3 раза. Увеличение же посевов на освоенных площадях одной культуры связано с сокращением посева другой.

Второй путь - повышение урожайности благодаря увеличению Продуктивности фотосинтеза растений в посевах и, в частности, повышение чистой продуктивности фотосинтеза. Этот путь увеличения сборов продукции через фотосинтез таит в себе большие возможности, так как 90-95% биомассы растений составляют органические вещества, образуемые в процессе фотосинтеза. В то же время выяснено, что конечным решающим фактором, определяющим максимально возможную урожайность, может быть приход солнечной радиации.

Конкретной задачей на ближайшие годы в этой области является нахождение условий для повышения фотосинтетической активности растений в посевах, доведя использование ими солнечной энергии на фотосинтез вместо 0, 5-1% падающей на поле до 3-5%, что соответственно повысит и накопление органической массы.

Главная особенность процесса фотосинтеза состоит в том, что, используя воду как источник водорода, зеленые растения переносят с помощью энергии солнечного света (ФАР 380-710 нм) водород на восстановление СО2, и в результате этого образуются свободный кислород и органические вещества, в частности углеводы (условно СН2О):

Однако в процессе фотосинтеза образуются не только углеводы. В общий метаболизм вовлекаются также азот, фосфор, сера, магний, калий, железо, медь, молибден и другие элементы минерального питания. Многие из них участвуют в образовании неуглеводных продуктов фотосинтеза (аминокислот, белков, липидов, хлорофилла), в биосинтезе структур и агентов самого фотосинтетического аппарата (Ничипорович, 1977).

Фотосинтез является и первоисточником той биологически активной энергии, которая необходима для усвоения элементов минерального питания. Решающая роль фотосинтеза в формировании урожаев определяется усвоением углерода и энергии, а также, прямо или косвенно, и элементов минерального питания растений.

Биологический предел продуктивности листа растений или посева может быть достигнут тогда, когда фотосинтез будет осуществляться с максимально возможным коэффициентом использования приходящей энергии ФАР.

Таким образом, показатели КПД ФАР в формировании биологических урожаев являются одними из важных критериев для оценки достигаемых уровней активности и в разработке принципов и приемов ее увеличения.

2. Фотосинтез как фактор урожайности.

Проблема фотосинтеза и использования солнечной радиации - одна из важнейших в международной биологической программе. В настоящее время существуют два направления в изучении процесса фотосинтеза.

С позиции физики, химии и физической химии познание процесса фотосинтеза может привести к синтезу ценных органических продуктов путем использования даровых источников сырья - углекислого газа, карбонатов, воды и энергии солнца.

С физиологической и экологической точек зрения исследователи имеют целью всестороннее и наиболее полное изучение фотосинтеза как физиологического процесса, чтобы научно обосновать приемы возделывания растений, обеспечивающие наилучшие условия питания, и получение максимальных урожаев продукции высокого качества.

Л. А. Иванов выразил соотношение между фотосинтезом и урожаем, следующим уравнением:

М + m = FРТ-АР1Т1

где М - прирост массы сухого вещества растений за учитываемый период; m - масса отмерших за время вегетации частей растений;

F - интенсивность фотосинтеза;

А - интенсивность дыханий;

Р - фотосинтезирующая площадь;

Т - продолжительность процесса фотосинтеза;

Р1 - рабочая поверхность дыхания;

Т1 - продолжительность процесса дыхания.

Показатель FРТ в этом уравнении, представляющий собой произведение интенсивности фотосинтеза, величины фотосинтетической (листовой) поверхности и продолжительности процесса фотосинтеза, назван продуктивностью фотосинтеза и определяет урожай сухой массы.

Большой размер урожая и высокое его качество могут быть получены только в том случае, если суммарный фотосинтез будет перекрывать затраты пластических материалов на интенсивные ростовые процессы и дыхание. В этом случае возникнут некоторые излишки ассимилянтов, являющихся источником повышения сахаристости, крахмалистости и т. д. Для выражения этой зависимости был введен показатель - коэффициент эффективности фотосинтеза:

Наряду с зависимостью фотосинтеза от многих внешних факторов, действие которых в полевых условиях сложным образом переплетается, в посевах пшеницы возникают еще и новые явления и закономерности, присущие сообществам растений и связанные, во-первых, с взаимовлиянием растений друг на друга и, во-вторых, с взаимодействием всей совокупности растений с окружающей средой. Последнее носит двусторонний характер, так как растения не только зависят от среды, но и сами воздействуют на среду и изменяют ее.
Центральное положение современной теории фотосинтетической продуктивности состоит в том, что урожай растений в первую очередь зависит от их суммарной фотосинтетической продукции, качество которой определяется не только интесивностью фотосинтеза, но и размерами ассимилирующей поверхности и временем ее работы. Величина хозяйственно-полезной части урожая, кроме того, зависит от характера распределения ассимилятов в растении, которое может быть весьма различным в зависимости от условий выращивания, вида и сорта. Рассмотрим основные слагаемые фотосинтетической продуктивности посева.

На рисунке 27 показано изменение площади листьев пшеницы, полученное в наших опытах в разные годы. Мощность ассимиляционного аппарата на каждый данный момент равна общей площади листьев (ПЛ). Для сравнительной характеристики разных посевов чаще всего называют ту максимальную площадь листьев (пик графика), которая наблюдалась в течение вегетации. В приведенном на рисунке примере она составляла тыс. м2/га в очень влажном 1974 г. и лишь 13,1 тыс. в засушливом 1971 г.
Для характеристики мощности ассимиляционного аппарата за всю вегетацию в физиологии принята величина фотосинтетического потенциала (ФП). Она равна произведению площади листьев на число дней их работы и выражается в м2-сутках. В приведенном примере она составила 550 тыс. м2-суток в 1971 г. и 1662 тыс. м2-суток в 1974 г.
Главными факторами, определяющими ПЛ и ФП посевов, являются влагообеспеченность и минеральное питание растений. О значении влагообеспеченности наглядно свидетельствует тот же пример (рис. 27), так как в наших опытах главной причиной изменчивости величин ПЛ и ФП по годам был именно водный режим посевов.
Очень сильное влияние на развитие листовой поверхности оказывают удобрения. Например, в Алтайском крае на малогумусовом среднесуглинистом черноземе в опытах Г.А. Макаровой и С.П. Угрюмовой площадь листьев яровой пшеницы Саратовская 29 на неудобренном фоне была в 1,5—2 раза меньше, чем при внесении N90P90K90.

Густота стояния растений тоже один из определяющих факторов развития листовой поверхности. В наших опытах в районе Саратова (рис. 28) во влажном 1968 г. при густоте стояния растений от 0,5 до 4,0 млн/га наблюдалась почти прямая пропорциональность между числом растений на единице площади и листовой поверхностью посева. При дальнейшем загущении отмечается уже незначительное увеличение листовой поверхности, причем доля листьев боковых побегов непрерывно снижается (табл. 25).
Между величинами листовой поверхности и фотосинтетических потенциалов и урожайностью посевов пшеницы в большинстве случаев обнаруживается самая тесная зависимость, которая нарушается главным образом лишь при чрезмерном развитии листьев. Возникает вопрос: существуют ли оптимальные величины листовой поверхности, ее целесообразные пределы? Биологическое значение размеров листовой поверхности состоит прежде всего в том, что от них зависит степень поглощения посевами фотосинтетически активной радиации (ФАР). Следовательно, чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо знать зависимость между величинами листовой поверхности и коэффициентами поглощения ФАР посевами.

К сожалению, графики такой зависимости построены пока для немногих культур и отсутствуют для яровой пшеницы. Основываясь на данных разных авторов, проводивших единичные измерения поглощения ФАР при той или иной площади листьев в посевах пшеницы и близкого к ней по расположению листьев ячменя, а также на выводах математического моделирования, зависимость между площадью листьев и поглощением ФАР можно представить в виде следующего графика (рис. 29). При площади листьев от 0 до 25—30 тыс. м2/га поглощение ФАР увеличивается практически пропорционально площади листьев, затем возрастает уже более медленными темпами и при площади листьев около 45—50 тыс. м2/га достигает 80—85% всей падающей на посев ФАР. Дальнейшего увеличения коэффициентов поглощения ФАР уже не происходит, сколько бы ни возрастала площадь листьев, так как часть радиации отражается от посева (альбедо посева). Таким образом, с точки зрения поглощения ФАР достаточной для пшеницы можно считать площадь листьев около 45—50 тыс. м2/га.

У пшеницы значительную роль в фотосинтезе играют колос и соломина с листовыми влагалищами (табл. 26). Конечно, средняя интенсивность фотосинтеза листьев выше, чем других ассимилирующих органов. Ho и с этой поправкой значение колоса и соломины как фотосинтезирующих органов очень велико.
По данным большинства исследователей, за период от цветения до уборки листовые пластинки производят не более 20—30% веществ, накапливаемых в зерне. Участие в наливе зерна собственного фотосинтеза колоса оценивается очень различно — от 10—15 до 40—50%. Последние цифры относятся к остистым формам в увлажненных районах.
Наряду с размерами листовой поверхности и величинами фотосинтетических потенциалов общая фотосинтетическая продуктивность посева определяется и интенсивностью работы ассимиляционного аппарата. Кроме определений интенсивности фотосинтеза, для оценки производительности работы фотосинтетического аппарата в полевых условиях широко используется величина чистой продуктивности фотосинтеза; получаемая путем деления величины общего урожая сухой массы на величину фотосинтетического потенциала и показывающая, сколько граммов сухого вещества накапливается за сутки в расчете на 1 м2 листьев. Интенсивность и чистая продуктивность фотосинтеза находятся в определенной отрицательной связи с развитием листовой поверхности.
Условия минерального питания и водоснабжения, в свою очередь, оказывают большое влияние на интенсивность и чистую продуктивность фотосинтеза. В дополнение к тому, что уже было сказано о влиянии этих факторов на интенсивность фотосинтеза отдельно взятого листа, применительно к посевам можно сформулировать следующее общее правило. Удобрения и дополнительное увлажнение одновременно положительно влияют и на рост листьев, и на интенсивность их работы. Однако в тех случаях, когда площадь листьев под влиянием этих факторов достигает больших величин, взаимное затенение листьев ведет к снижению интенсивности и чистой продуктивности фотосинтеза, маскируя положительное действие удобрений и влаги на эти показатели. Хорошо иллюстрируют сказанное и наши данные (табл. 27).

В 1970 г. по сравнению с 1972 г. лучшие условия увлажнения положительно сказались и на формировании ассимиляционного аппарата, и на продуктивности его работы. Косвенное отрицательное влияние лучшего увлажнения (через взаимное затенение листьев) здесь не проявилось, так как максимальная площадь листьев в 1970 г. была еще не настолько велика. В еще более влажные годы (1973, 1974) оно уже проявилось в полной мере, и чистая продуктивность фотосинтеза была ниже, чем в 1970 г. Ho все же, если сравнить эти годы с острозасушливым 1972 г., то прямое положительное действие влаги на продуктивность работы листьев оказывалось сильнее, чем ее косвенное отрицательное влияние.
Взаимное переплетение прямого и косвенного действия факторов, одновременно влияющих и на формирование листового аппарата, и на его работу, необходимо тщательно учитывать в полевых экспериментах, что позволяет избежать неправильных выводов.

В процессе фотосинтеза в растении образуются и накапливаются органические вещества. Количество их зависит от интенсивности фотосинтеза и дыхания растений, от соотношения между этими процессами, от положения так называемой компенсационной точки. Это такое состояние, когда в растении фотосинтез и дыхание полностью уравновешиваются, оно означает, что сколько вещества создано, столько и израсходовано в процессе дыхания, т. е. нет ни увеличения, ни уменьшения массы, окружающая атмосфера не обогащается ни кислородом, ни углекислым газом. При таких условиях органические вещества не накапливаются.

Накопление органического вещества растением за определенный период времени или за всю его жизнь следует рассматривать как разницу между количеством созданного на свету органического вещества и израсходованного на дыхание. Кроме того, во время вегетации в растении могут происходить превращения продуктов фотосинтеза с изменением их массы. Например, масса откладываемой в запас клетчатки на 10% меньше, чем масса глюкозы, из которой она образуется. К этому следует добавить, что отмирание корневых волосков и мелких корешков, сбрасывание части цветков — потери, происходящие в период вегетации. Поэтому общая продуктивность растения будет определяться не только образованием органических веществ в процессе фотосинтеза, но и величиной всех указанных потерь.

Доказано, что энергия, используемая для образования продуктов фотосинтеза при благоприятных условиях (высокой концентрации СО₂ в окружающем воздухе, хорошем водоснабжении и т. д.), составляет всего 2-5%. Обычно при высокой интенсивности радиации количество энергии, затраченной на фотосинтез, равно 1%, или 16 кДж/м 2 в 1 ч.

На основании ряда исследований, в частности работ английских ученых Броуна, Эскомба и Вильсона, можно утверждать, что при нагревании листа растение может отдавать в виде теплоизлучения 84 кДж/м 2 в 1 ч на каждый градус температурного градиента между листом растения и окружающим воздухом. Остальная энергия в количестве 1500 кДж/м 2 в 1 ч (99% энергии, или 1584 кДж без энергии теплоизлучения), превращаясь в тепло, способствует нагреванию и испарению воды из листьев — транспирации, требующей большого расхода энергии. На испарение 1 г воды при 20°С затрачивается 2,45 кДж (скрытая теплота испарения воды). Растение, поглощая 1500 кДж/м 2 в 1 ч, может испарить 612 г воды, что соответствует транспирационному коэффициенту ряда растений.

Подсчеты коэффициента использования солнечной энергии показали, что максимальный прирост сухого вещества на одно растение кукурузы в период выбрасывания метелки за сутки составляет 20 г. Принимая это сухое вещество за крахмал, что почти соответствует действительности, и зная, что теплота сгорания 1 г крахмала составляет 16,6 кДж, можно рассчитать суточный прирост энергии на одно растение кукурузы, который будет составлять 351 кДж. На 1 га при площади питания 70×70 см размещается 30-40 тыс. растений кукурузы. Таким образом, за сутки накопится 10534×10 3 —14045×10 3 кДж энергии. За 6 ч на поверхность 1 га посевов кукурузы в летний период поступает 209 млн кДж, из них растениями кукурузы используется лишь 5-6% энергии солнечной радиации. Расчеты показали, что на создание урожая яровая пшеница использует 3,26%, картофель — 3,02, сахарная свекла — 2,12% лучистой энергии.

Количество ФАР, поглощенной посевом, растительным покровом, определяют по формуле, Дж/см 2 в 1 мин: $$\large \Pi = Q - R - T_n + R_n$$

где П — поглощенная посевом радиация; Q — суммарная радиация, падающая на посев; R — радиация, oтраженная от посева и вышедшая за пределы его верхней границы; Т_n — радиация, проникшая к почве; R_n — радиация, отраженная от почвы под растительностью.

Коэффициент поглощения энергии ФАР (Q_п) посевом определяют делением обеих частей формулы на Q: $$\large Q_\pi = \frac<\Pi> = 1 -\frac - \frac + \frac, $$

где $\frac$ — альбедо посева, показывающее, какая доля падающей радиации у отражается посевом;$\frac$ — коэффициент пропускания, показывающий, какая доля падающей радиации (Q) достигает почвы под растительностью; $\frac$ — альбедо почвы под растительностью (К. Г. Тооминг, Б. Н. Гуляев).

Эффективность фотосинтеза можно характеризовать коэффициентом полезного действия (КПД), который определяют по формуле: $$\large E \% (КПД) = \frac,$$

где А — количество энергии, поступившей за период вегетации па 1 га посева, или энергии, которая была поглощена посевом, кДж; В — количество энергии, накопившейся в органической массе урожая (биологического или хозяйственного), кДж.

В среднем КПД фотосинтеза сельскохозяйственных растений составляет 0,5-1%, а теоретически возможный — 4-6%. Максимальный показатель использования энергии ФАР посевами и насаждениями обусловливается способностью поглощать не менее 60% энергии света, поступающего к ним на протяжении вегетации. Из этого количества на фотосинтез идет 10%, на дыхание расходуется около 20% энергии, усваивающейся в процессе фотосинтеза, или $$\large E \% (КПД) = 60 \cdot \frac \cdot \frac = 48 \%.$$

В 1 кг сухой массы урожая накапливается до 17 тыс. кДж энергии.

Поступающая солнечная энергия в разных зонах неодинаково взаимодействует с режимом температуры и влаги, вследствие чего значительно изменяется эффективность солнечной радиации как фактора фотосинтеза и продуктивности. Кроме того, следует отметить, что она является не только движущей силой фотосинтеза, но и основным фактором транспирации. Свет влияет и па такие физиологические процессы, как рост, органогенез, передвижение ассимилятов. Один из основных путей повышения продуктивности фотосинтеза — увеличение до определенных размеров площади ассимилирующих органов — листьев и усиление их деятельности, что обусловливает количество лучистой энергии, поглощаемой хлоропластами. Доказано, что величина урожая в значительной мере зависит от оптималык структуры посевов. Структурой посевов называется создаваемая архитектоника (построение) сообщества растений, которое характеризуется определенными морфологическими признаками и физиологическими функциями, а оптимальная структура — это такой посев, который имеет высокий КПД фотосинтеза и обеспечивает максимальный биологический и хозяйственный урожай.

Таблица 10. Площадь листьев и количество поглощенной ФАР в квадратно-гнездовых посевах кукурузы

Вариант	Дни после всходов
Вариант	27	36	46	59	68	87
Площадь листьев, тыс. м 2
Без подкормки	6,6	11,4	17,2	19.8	19,8	19,3
Подкормлено NPK	7,4	11,8	20,3	21.9	21,3	19,6
Поглощено ФАР, тыс. кДж/мин
Без подкормки	11,0	84,9	109,3	130,8	141,7	137,5
Подкормлено NPK	68,1	91,1	139,6	157,2	163,9	149,2

Установлено, что при подкормке растений увеличиваются размеры листовой поверхности, а также изменяются физиологические особенности фотосинтетического аппарата— способность поглощать и усваивать лучистую энергию. Так, более развитая листовая поверхность подкормленных растений кукурузы в период вегетации поглощала и большее количество ФАР (табл. 10). Кроме того, листья кукурузы разных ярусов неодинаково поглощают лучистую энергию. Распределение ФАР внутри посева непропорционально площади листьев по отдельным ярусам. Например, верхний слой листьев составляет лишь 23,7% всей листовой поверхности, а поглощает 47% энергии, в то время как средний слой, составляющий 60,4% этой поверхности, усваивает только 36,6% поглощенной посевом ФАР. В результате подкормки растений NPK уменьшилось количество энергии, поглощаемой нижним ярусом листьев, с 26,4 до 8,6% и увеличился процент поглощения ФАР средним слоем — с 36,6 до 49,7%. Таким образом, условия минерального питания в значительной мере влияют на структуру посевов и поглощение ФАР листьями разных ярусов (слоев травостоя).

Повышение фотосинтетической продуктивности растений при бесперебойном снабжении их водой и питательными веществами обеспечивается наиболее целесообразным размещением растений на площади, т. е. так, чтобы они в достаточной степени освещались солнечными лучами. Поэтому в сельскохозяйственной практике используют различные способы посева. Для лучшего освещения растений, а также для более эффективного использования лучистой энергии рядки располагают с востока на запад или с северо-востока на юго-запад.

Таким образом, в течение вегетации необходимо контролировать и регулировать интенсивность фотосинтеза, энергетический баланс посева, КПД фотосинтеза за короткие промежутки времени, прирост общей сухой массы. В связи с этим поставлена задача создавать и внедрять в производство сорта, способные развивать большую листовую поверхность, имеющие высокую продуктивность фотосинтеза и дающие большой биологический и хозяйственный урожай.

Предположим, что интенсивность фотосинтеза будет не 10-15 мг, а 30-50 мг СО₂ на 1 дм 2 в 1 ч, тогда при средней площади листьев 30-40 тыс. м 2 на 1 га у таких растений, как сахарная свекла, картофель, урожай корне- и клубнеплодов, будет составлять 6-8 т с 1 га (в пересчете на сухую массу).

Абсолютная величина продуктивности растения равна в среднем 40-50 мг органического вещества в сутки на 50 см 2 листовой поверхности при условии, что дыхание составляет не более 5-10% фотосинтеза. Фотосинтез в естественных условиях — процесс очень изменчивый, и по основным его показателям — интенсивности (мг СО₂ на 1 дм 2 в 1 ч) и чистой продуктивности (г/м 2 в сутки) — наблюдается большая вариабельность. Чистую продуктивность фотосинтеза (Ф_ч.пр), которая характеризует интенсивность образования и накопления органической массы урожая, определяют по формуле, г/м 2 : $$\large Ф_ = \frac<(Л_1 + Л_2) \frac<1>n> ,$$

Если, кроме общей чистой продуктивности фотосинтеза, надо определить интенсивность работы листьев и ее направленность на формирование хозяйственно ценных органов, например корнеплодов, клубней или зерна, в уравнение вместо В₂ — B₁ подставляют величину Х₂ — X₁, т. е. прирост сухой массы хозяйственно ценной части урожая.

Фотосинтез посевов (Ф_п) можно оценить, используя значение суточных приростов сухой фитомассы по формуле, предложенной Б. И. Гулиевым и А. С. Оканенко: $$\large Ф_n = \frac,$$

Например, для посева кукурузы получены такие значения (мг С0₂ на 1 дм 2 в 1 ч): в Киеве — 54, в Волгограде — 84, в Москве — 18.

Потенциальную фотосинтетическую мощность посева может характеризовать фотосинтетический потенциал растений — сумма ежедневных показателей площади листьев посева за весь вегетационный период или часть его, выраженная в м 2 дней/га.

Различают урожай биологический и хозяйственный.

Биологический урожай — это сумма суточных приростов за весь вегетационный период. Его можно выразить формулой $$\large У_ = \Sigma C_,n.$$

где С — суточные приросты массы, кг/га в сутки. $$\large C = \fracЛ>,$$

где Ф — количество ассимилированного СО₂; К_эф — коэффициент фотосинтеза $$\large \left ( \frac>\; CO_2> \right);$$

Л — листовая поверхность; 1000 — граммы.

Хозяйственный урожай составляет определенную долю биологического. Не все части растения равноценны и одинаково используются. Например, у хлебных злаков наиболее ценным является зерно, у сахарной свеклы — корень и т. д. Таким образом, у различных культур коэффициент хозяйственного использования (К_хоз) разный. Поэтому хозяйственный урожай равен: $$\large У_ = У_К_.$$

Таким образом, дальнейшее повышение урожайности сельскохозяйственных культур должно осуществляться путем увеличения продуктивной части растения. Знание закономерностей, определяющих те или иные изменения интенсивности и продуктивности фотосинтеза, умение управлять этими изменениями — одна из важных основ получения больших биологических и хозяйственных урожаев высокого качества.

Продуктивность фотосинтеза сельскохозяйственных культур целесообразно оценивать величиной выхода полезной энергии с одного гектара.

Полезная энергия — это материализованная солнечная энергия в урожае за вычетом технологической энергии, затраченной на его производство (обработка почвы, удобрение, сорт, приемы агротехники).

При интенсивной технологии возделывания сельскохозяйственных культур, предусматривающей высокий КПД фотосинтеза и высокую урожайность, минимальные затраты технологической энергии, количественное соотношение содержащейся в урожае и технологической энергии может служить важным показателем энергетической эффективности культуры, т. е. энергетических затрат на производство единицы сельскохозяйственной продукции.

Фотосинтез растений изучается очень активно. В нашей стране ведутся широкие исследования по физико-химическим и прикладным проблемам этого процесса.

Познание природы фотосинтеза растений — одна из наиболее важных, фундаментальных проблем биологии, тесно связанных с удовлетворением нужд человечества в пище и энергии.

Значительные результаты достигнуты в изучении молекулярных механизмов преобразования энергии света при фотосинтезе. Установлено, что этот процесс начинается с поглощения энергии света (фотонов) пигментами антенны и миграции энергии возбуждения к реакционным центрам, где за пикосекунды происходит преобразование ее в химическую энергию; изучаются улътрамолекулярная структура реакционного центра и функции его компонентов; решается задача построения искусственных реакционных центров; большое внимание уделяется изучению механизма переноса электронов в фотосинтезирующих системах.

Ведутся исследования по направленному синтезу продуктов фотосинтетического метаболизма (углеводов, белков, жиров). Большое внимание уделяется применению принципов фотосинтеза для построения искусственных систем, моделей, использующих энергию света. Важное значение придается созданию биотехнических систем, потребляющих солнечную энергию для образования водорода и восстановления молекулярного азота, а также созданию фотобиотехнических систем, использующих солнечную энергию с предельно достижимым КПД (до 30%). Исследуются молекулярные фотокаталитические системы как преобразователи солнечной энергии при высоких концентрациях СО₂ и высоких интенсивностях света.

По комплексной программе ведутся исследования бактериального фотосинтеза в направлении молекулярной организации фотосинтетических систем, поглощения, переноса и конверсии энергии света.

Выполнение всех этих и ряда других фундаментальных исследований внесет значительный вклад в теорию и практику фотосинтеза.

Представлены данные изменений фотосинтетической активности растений яровой пшеницы при различных системах удобрения. Установлена тесная связь урожайности культуры с показателями фотосинтетической деятельности. Определены оптимальные параметры данных показателей на ранних стадиях развития растений яровой пшеницы, позволяющие получить урожайность культуры на уровне 60-65 ц/га.

Об авторах

Список литературы

1. Ничипорович, А. А. Фотосинтетическая деятельность растений и пути повышения их продуктивности / А. А. Ничипорович // Теоретические основы фотосинтетической продуктивности. - М.: Наука, 1972. - С. 511-527.

2. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б. А. Доспехов. - 5-е изд. доп. и перераб. -М.: агропромиздат, 1985. - 351 с.

3. Ничипорович, А. А. Фотосинтез и вопросы продуктивности растений / А. А. Ничипорович. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 158 с.

5. Быков, О. Д. Экологическая и видовая дифференциация пшеницы по уровню фотосинтетической активности / О. Д. Быков, М. И. Зеленский // Научные труды по прикл. ботан., генетике и сел.. - Л., 1987. - Т.100. - С. 196-203.

Рецензия

Для цитирования:

Кулеш О.Г., Мезенцева Е.Г., Симанков О.В. Фотосинтетическая деятельность и продуктивность яровой пшеницы на высокоокультуренной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Почвоведение и агрохимия. 2020;(2):72-84.

For citation:

Kulesh O.G., Mezentseva E.G., Simankov O.V. Photosynthetic activity and productivity of spring wheat crops on highly cultivated sod-podzolic light loamy soil. Soil Science and Agrochemistry. 2020;(2):72-84. (In Russ.)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Читайте также: