Фотосинтез и урожай.
11:29 03/09/2012
Фотосинтез и урожай.
Фотосинтез – единственный процесс, на основе которого, используя солнечную энергию, можно получать органическое вещество для формирования урожаев и повышать плодородие почвы. В результате фотосинтеза создается 95% органического сухого вещества. Поэтому можно утверждать, что управление этим процессом один из наиболее эффективных путей воздействия на продуктивность растений.
Применение повышенных доз минеральных удобрений, интенсивные способы обработки почвы, мелиорация и другие агротехнологии активизируют микробиологические процессы минерализации органического вещества, сопровождающихся уменьшением его запасов в почве. Вследствие деградации гумуса почва постепенно утрачивает агрономические ценные свойства: снижается поглатительная и водоудерживающая способность, увеличивается плотность, ухудшаются технологические качества и т.д.
Для предотвращения создавшихся условий в земледелии необходимы принципиально новый подход – замена традиционных систем земледелия на биологические. Важнейшей особенностью экологического земледелия - увеличение органического вещества за счет фотосинтеза.
Для поддержания бездефицитного баланса гумуса в почве специалисты областной Пензенской агрохимической службы предлагают ежегодно вносить на гектар 6-7 тонн органических удобрений.
Расчеты показывают, что при теперешнем урожаи 1,5-2 тонны зерна с гектара, при коэффициенте 1-1,5 соломы к зерну, выход сухого вещества с учетом корневых остатков (20%) составляет 3-4 тонны на гектар, что беспечивает положительный баланс только на 50%.
Где выход? К.А. Тимирязев в своей работе «Жизнь растений» приводит факты каким огромным потенциалом обладают бобовые растения: «Так, например, вся листовая поверхность клевера в 26 раз превосходит площадь земли, занимаемую этим растением, так что десятина засеянная клевером предоставляется для поглащения лучей солнца зеленую поверхность 26 десятин. Другие растения дают более высокие цифры. Эспорцет имеет листовую поверхность в 38, а люцерна в 85 раз более занимаемой ими площади .»
Клевер при правильной агротехнике дает возможность получать 8-10 тонн сухого вещества и дополнительно от корневой системы до 30%, т.е. клевер более чем в 2 раза увеличивает органическую массу и дает 1200-1600кг протеина.
Клеверное поле хорошо сохраняет влагу , улучшает структуру почвы и что не менее важно очищает поле от сорняков. Клевер – это биологический способ уничтожения сорняков.
Приведенные примеры и практика таких корифеев земледелия как И.Е.Овсинский и А.Н. Энгельгардт служат доказательством того, что без бобовых культур в севообороте практически невозможно иметь положительный баланс органики в почве и освоить биологическое земледелие.
Урожай создается в процессе фотосинтеза, когда в зеленых растениях образуются органические вещества из диоксида углерода и воды. Энергия солнечного луча переходит в энергию растительной биомассы.Эффективность этого процесса и, в конечном счете урожая, зависят от функционирования посева как фотосинтезирующей системы.
В полевых условиях посев (циноз) как совокупность растений на единицу площади представляет собой сложную, динамическую, саморегулирующуюся систему.
Следует отметить, что вопросом о роли света в процессах фотосинтеза начали заниматься в середине XIX века на основе теоретических рассуждений: утверждалось, что зеленые растения поглащают лучистую солнечную энергию и превращают ее в химическую, т.е. фотосинтез - это процесс трансформации энергии света в энергию химических связей.
Однако экспериментальных доказательств этой точки зрения не было. Они были получены крупнейшим физиологом растений К.А. Тимирязевым, который изложил их в своей докторской диссертации «Об усвоении света растениями» (1875г.) Он сформулировал также идею о космической роли фотосинтеза: фотосинтез – единственный процесс, с помощью которого космическая солнечная энергия улавливается и остается на земле, трансформируясь в другие формы энергии.
К.А. Тимирязев писал, что в хромосомах лучистая энергии солнечного света превращается в химическую энергию углеводов, крахмал, кликозин и другие соединения консервирующие солнечную энергию, которые служат нам пищей,освобождающаяся в нашем теле в процессе дыхания.
Действительно фотосинтез – единственный процесс в природе, идущий в грандиозном масштабе и связанной с превращением энергии солнечного света в энергию химических связей. Эта космическая энергия, запасенная зелеными растениями, составляет основу жизни на земле от бактерий до человека.
В результате проведенных исследований агроцинозов агрокосмическими методами установлена закономерность взаимодействия между солнечной радиацией (как источником энергии), почвенными и растительными покровами.
Доказано, что максимально фотосинтетическая активная радиация (ФАР) используется растительными ценозами тогда, когда на квадратный метр площади земли приходится не менее 4 квадратных метров лиственной поверхности. Это значит, что лиственный индекс (Л.И.) будет равен 4. При этом почва будет закрыта листвой на 100% и солнечная радиация не будет попадать непосредственно на почву. Э то основное требование, к которому должен стремиться специалист, занимающийся выращиванием растений.
Солнечная энергия имеет не только положительное значение, но и отрицательное: попадая на открытую почву она поглощается абсолютно черным телом (АЧТ). Установлено, что черноземные почвы очень близки к АЧТ по их поглотительным свойствам. В солнечный день вследствии такого высокого поглощения открытая поверхность почвы нагревается до 700 С. При этом 97% накопленной энергии излучается почвой в атмосферу в виде тепловой энергии. Если поле паровое, то нагревается воздух и окружающая среда. А если излучение происходит в середине растительного ценоза, то нагреваются растения, чем они ближе к перегретой почве, тем сильнее отрицательное действие на них этой энергии.
Растения самостоятельно могут противодействовать такому влиянию только одним путем – охлаждать себя транспирацией воды. Количество воды, которое испаряет разреженный (посев) ценоз в знойный день в 4-5 раз больше, чем этот показатель в ценозе со 100% покрытием почвы. Поэтому разреженные посевы раньше и наиболее продолжительное время попадают в стрессовую ситуацию. На формирование 1 ц. зерна в первом случае приходиться 50мм влаги, а во второй – только 5мм.
Эти данные были получены во время проведения опытов с использованием инфрокрасных радиометров, тепловых сканеров и тепловизоров при изучении процессов в системе «почва-растение-воздух» и исследований водного стресса растений (Виталий Гридчин «Составляющие адаптивного земледелия», Белгород, 2010г.).
В Пензенском научно- исследовательском институте в течении 3 лет проводились исследования: влияние на фотосинтез различных сроков сева, сорта и нормы высева (исполнитель кандидат с/х наук И.В. Бакулова).
Сравнивая листовую поверхность растений озимой пшеницы разных сроков сева было выявлено, что ранние посевы формировали большую листовую поверхность, которая в фазу колошения достигала максимальных размеров и находилась в пределах у сорта Московская 39 27,7 – 33,3 тыс. м2/га,23,7-31,8 м2/га у сорта Золушка. Растения озимой пшеницы сорта Безенчуковская 380 наибольшую листовую поверхность формировали при второй сроке посева 24,9-34,2 тыс. м2/га.
Растения поздних сроков сева имели листовую поверхность несколько меньшего размера: 25,8 тыс. м2/га, у сорта Безенчуковская 380, 25,1 тыс. м2/га у сорта Золушка, 24,4 тыс. м2/га у сорта Московская,39.
Снижение нормы высева до 4 млн. всхожих семян на гектар увеличивало площадь листьев растений, но уменьшало суммарную листовую поверхность посева. Так, на варианте с нормой высева 4 млн. всхожих семян на гектар площадь листьев относительно варианта 6 млн. всхожих семян на гектар снижается на 4,3 тыс. м2/га у сорта Безенчукская 380, на 3,1 тыс. м2/га у сорта Золушка, на 0,6 тыс. м2/га у сорта Московская 39, на варианте 5 млн. всхожих семян на гектар – 2,1; 0,3; 0,6; тыс. м2/га соответственно.
Наибольший сбор сухого вещества сформировался с нормой высева 6 млн. всхожих семян на гектар за счет большого числа растений на единицу площади. Так, на варианте с нормой высева 4 млн. на гектар всхожих семян сбор сухого вещества относительно варианта 6 млн. всхожих семян на гектар снижается на 7,8% у сорта Безенчуковская 380, на 15,7% у сорта Золушка, на 7,1% у сорта Московская 39, на варианте 5 млн. всхожих семян на гектар – 6%, 8,3%, 2% соответственно.
Важнейшим показателем фотосинтетической деятельности посевов является чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ), характеризующая способность растений накапливать сухое вещество за сутки в расчете на 1м2 листьев.
Чистая продуктивность фотосинтеза у сорта Безенчуковская 380 возрастала при первом сроке посева (5,1 против 4,3 – 4,4 г/м2 за сутки при втором и третьем).
У сорта Золушка при первом сроке посева показатель ЧПФ составил 5,8 г/м2 за сутки, при позднем посеве снижение продуктивности листового аппарата и значение ЧПФ составили 5,3-5,2 г/м2 за сутки.
Исследованиями установлено, что преимущество в развитии листовой поверхности при норме 6 млн. всхожих зерен на гектар положительно сказалось и на формировании ЧПФ, в результате чего данный показатель составил 5,7 г/м2 за сутки.
У сорта Московская 39 при первом сроке посева ЧПФ составил 5,5 г/м2 за сутки, при втором сроке посева продуктивность работа единицы листовой повехности находилась в пределах 4,9 г/м2 сутки, при третьем сроке посева – 5,1 г/м2 за сутки.
В результате исследований установлена прямая взаимозависимость между урожайностью и накоплением сухого вещества.
Из приведенных показателей видим, что уровень агротехнических мероприятий не обеспечил в опытах получения 100% индекса покрытия посева листвой. При норме 40 тыс. м2 получено 29 тыс. м2 на гектаре посевной площади, что сказалось на недополучение сухой массы и урожая зерна.
Но не смотря на это, полученные результаты показывают, что эффективность фотосинтеза значительно зависит от оптимальных сроков сева, сорта и нормы высева, что необходимо знать и учитывать агрономам в их практической работе.
Как же повысить эффективность фотосинтеза?
Повысить эффективность использования солнечной энергии можно расположив растения на оптимальном расстоянии друг от друга. В изрежанных посевах часть света пропадает зря, а в загущенных-растения затеняют друг друга. При этом следует учитывать. Что оптимальная плотность посевов может быть различной в зависимости от обеспеченности растений водой и элементами питания. Если улучшить условие водоснабжения и питания, а между ними и величиной урожая существует прямая зависимость.
Для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур необходима селекционно генетическая работа, направленная на повышение интенсивности фотосинтеза, скорости оттока ассимилянтов, на увеличение чистой продукции фотосинтеза.
К большому сожалению такой мощный фактор природы повышение эффективности земледелия, как фотосинтез используют незначительно.
Н.В. Лагуткин, агроном, кандидат
экономических наук
