Фар и ее роль в формировании урожая
Обновлено: 05.10.2024
Введение. Фотосинтез - процесс поглощения света и трансформации его энергии в химический потенциал богатых энергией органических соединений в виде углеводов, жиров, белков.
Из многих факторов, которые оказывают влияние на рост и развитие растений, солнечная радиация является наиболее трудно регулируемым фактором. Поэтому важнейшей проблемой современного земледелия является повышение продуктивности посевов путем увеличения использования солнечной радиации в процессе фотосинтеза. Для этого необходимо разрабатывать и внедрять новые методы повышения продуктивности возделываемых культур. Одним из таких методов является возделывание запланированных урожаев, который предусматривает разработку комплекса взаимосвязанных элементов технологии возделывания, своевременное осуществление которых обеспечит достижение расчетного уровня урожая.
М.К. Каюмов [4] отмечает, что необходимо разрабатывать пути интенсификации процессов фотосинтеза в посевах, способных аккумулировать 3-5% солнечной энергии. Поэтому усилия ученых сосредоточены на создании количественной теории фотосинтетической продуктивности растений, а также оптимального аккумулирования солнечной радиации и рационального использования почвенноклиматических ресурсов.
Учет прихода ФАР и разработка всего комплекса агротехнических мероприятий для получения урожаев с высоким уровнем использования этой энергии имеет большое значение в целях выяснения целесообразности внесения удобрений под разные уровни запланированного урожая.
Важными условиями для интенсивного использования солнечной радиации с высоким КПД являются быстрый рост площади листьев в посеве, достижение ее оптимальной величины и долгое пребывание в активном состоянии. В конце вегетационного периода важно, чтобы листья перемещали в репродуктивные запасающие органы максимальное количество пластических веществ, накопившихся в структурах самих листьев. Однако в практике при возделывании сельскохозяйственных культур это условие не всегда выполняется. При недостаточном снабжении растений водой и минеральными веществами, из-за засоренности посадок картофеля площадь листьев будет невысокой. Следовательно, степень поглощения растениями ФАР и интенсивность газообмена также будут невысокими.
Наиболее полное использование климатических ресурсов происходит в посевах с оптимальной, хорошо ориентированной в пространстве фотосинтезирующей системой. Наиболее благоприятным для формирования высоких урожаев является, когда величина листовой поверхности быстро достигает размеров 40-60 тыс. м2/га, а затем, по возможности долго сохраняется в активном состоянии на этом уровне и, наконец, значительно уменьшается или окончательно отмирает, отдавая пластические вещества на формирование клубней. Дальнейшее увеличение площади листьев приводит к уменьшению накопления урожая на единицу площади листьев (к снижению чистой продуктивности фотосинтеза) в связи с тем, что с площадью листьев связана оптическая плотность посева [Мальцев, Каюмов, 7].
По данным Е.А.АИеп, R.K Seott [1] потенциальная урожайность картофеля у среднеспелых и позднеспелых сортов в Западной Европе составляет 90-100 т/га, в Восточной Европе -60-80 т/га. В классических опытах А.Г. Лор- ха [6] была получена урожайность 78,4 т/га. В то же время урожайность картофеля в России остается невысокой. Так, в 20072011 гг. средняя урожайность этой культуры в стране составила 13,1 т/га.
Важным фактором в разработке оптимальных технологий возделывания сельскохозяйственных культур является оценка продуктивности пашни с учетом эффективного плодородия почвы, обеспеченности растений элементами питания вносимых туков и выявление зависимости между этими составляющими.
Одним из путей повышения продуктивности картофельных агроценозов является регулирование минерального питания растений за счет применения сбалансированных по элементам доз удобрений. Для получения высоких урожаев с хорошим качеством клубней, питательные вещества должны быть хорошо доступными растениям, в необходимом количестве и в нужной форме [5].
Целью исследований явилось обоснование норм удобрений под запланированную урожайность 25,0-40,0 т/га клубней раннеспелого сорта картофеля Удача на серых лесных почвах Республики Татарстан.
Условия, материалы и методы исследования. Исследования проводили на опытных полях университета в Казанской пригородной зоне Республики Татарстан. Почва серая лесная, среднесуглинистая. Рельеф опытного участка ровный. Мощность пахотного слоя 26-28 см, рН солевой вытяжки 5,6, содержание гумуса по Тюрину 3,42 %, легкогидролизуемого азота 131136, подвижного фосфора 147-154 и обменного калия 179-184 мг/кг почвы.
Схема однофакторного опыта включала варианты: 1 - без удобрения (контроль); 2 - расчет удобрений на получение 25 т/га; 3 - расчет удобрений на получение 30 т/га; 4 - расчет удобрений на получение 35 т /га; 5 - расчет удобрений на получение 40 т/га клубней.
Посадку проводили при температуре почвы 6-7 0С. В течение вегетации во все фазы развития растений отбирали растительные образцы по 15 штук с каждого варианта опыта. Площадь листьев, фотосинте- тический потенциал (ФП), рассчитывали по А.А. Ничипоровичу (1961). Урожай убирали картофелекопалкой.
Анализ и обсуждение результатов исследования. Метеорологические условия в годы проведения исследований сильно не отличались и были вполне благоприятными для роста и развития растений картофеля.
Число растений на единицу площади оказывает значительное влияние на рост и развитие растений. Учитывая это, нами определялось влияние расчетных норм удобрений на изменение числа растений картофеля по отдельным фазам роста и развития. Результаты анализа показали, что разные фоны питания не оказали существенного влияния на полевую всхожесть картофеля. В зависимости от варианта она составила 99,799,8%. В фазе цветения произошло незначительное уменьшение числа растений (на 0,11-0,17 тыс. шт./га). Аналогичная картина наблюдалась и при определении выживаемости растений, она составила 99,5-99,7% от взошедших растений. Это подтверждает необходимость внесения норм NPK с учетом биологических особенностей культуры и правильного соотношения питательных веществ во вносимых удобрениях.
Площадь листьев и чистая продуктивность фотосинтеза являются основными факторами, определяющими уровень урожая биомассы растений.
Таблица 1 - Площадь листьев посадок картофеля сорта Удача в зависимости от фона питания, тыс. м2/га, 2011-2013 гг.
Фотосинтетически активная радиация ФАР (световые лучи с длиной волны 0,38…0,71 мкм) – усваиваемая растениями часть солнечной энергии:
ФАР = 0,43 S + 0,57 D,
где S – прямая радиация, поступающая на горизонтальную поверхность; D – рассеянная радиация.
Коэффициент использования ФАР (КПД ФАР) – часть ФАР, используемая для фотосинтеза. По А.А. Ничипоровичу, посевы культур по использованию ФАР можно разделить на группы: обычные – 0,5…1,5 %, хорошие – 1,5…3,0, рекордные – 3,5…5,0 %, теоретически возможные – 6…8 %. Потенциальная урожайность рассчитывается по приходу ФАР (таблица 2.12.):
| Убиол = | Σ QФАР КФАР Днм | , (2.6) |
| 10 5 q |
где Убиол – биологический урожай абсолютно сухой растительной массы, т/га; Σ QФАР– приход ФАР за период вегетации культуры, 10 6 МДж/га; КФАР– запланированный коэффициент использования ФАР, %; Днм– доля надземной массы, %; q – количество энергии, выделяемое при сжигании 1 кг сухого вещества биомассы (16,76 МДж); 10 5 – коэффициент для пересчета в тонны.
Теплообеспеченность земель. Для оценки температурного режима применяют характеристики, дающие представление об общем количестве тепла за год и отдельные периоды, о годовом и суточном ходе температуры: сумму температур, средние суточные, средние месячные, средние годовые температуры, максимальные и минимальные температуры, амплитуды суточного хода температуры.
По теплообеспеченности в природно-сельскохозяйственном районировании России выделяют три пояса: холодный (менее 1600 о С), умеренный (1600…4000 о С) и теплый субтропический (более 4000 о С).
В зависимости от длительности промерзания почвы и ее среднегодовой температуры выделяются четыре типа температурного режима почв: мерзлотный характерен для районов вечной мерзлоты (среднегодовая температура почвы отрицательная); длительно сезонно промерзающий с длительностью промерзания не менее 5 месяцев (среднегодовая температура почвы положительная, глубина проникновения отрицательных температур более 2 м); сезонно промерзающий с длительностью промерзания о нескольких дней до 5 месяцев (глубина проникновения отрицательных температур не более 2 м); непромерзающий (отрицательные температуры почвы отсутствуют или держатся от одного до нескольких дней) (таблица 2.13.).
Для характеристики тепловых ресурсов территории необходимо также использовать обеспеченность сумм активных температур (таблица 2.14.). Принято считать обеспеченность теплом в 80…90 % хорошей. При обеспеченности 50…70 % необходимо применять меры по улучшению термических условий. При обеспеченности культуры теплом менее 50 % ее возделывание не имеет смысла.
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:
Известно, что 90 - 95 процентов всей биомассы растений составляют органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза. Увеличить урожай растений - это значить повысить их фотосинтетическую активность, а также коэффициенты использования солнечной радиации.
Приход фотосинтетически-активной радиации (ФАР) изменяется в зависимости от географической широты и времени года. Для Самарской области приход ФАР по месяцам приведен в таблице 3.
Для расчета ФАР, приходящей на посев определенной культуры, требуется установить фактическую продолжительность вегетационного периода и суммировать ФАР соответственно числу дней в каждом месяце.
Таблица 3
Фотосинтетически-активная радиация на широте Самарской
Области (по М.К. Каюмову , 1977)
| Месяцы | Приход ФАР, кДж/см 2 | Месяцы | Приход ФАР, кДж/см 2 |
| Январь | 5,02 | Июль | 31,77 |
| Февраль | 8,36 | Август | 26,76 |
| Март | 17,98 | Сентябрь | 15,89 |
| Апрель | 25,5 | Октябрь | 8,78 |
| Май | 31,35 | Ноябрь | 4,6 |
| Июнь | 34,7 | Декабрь | 3,35 |
| За год | 214,1 |
Приводим пример расчета ФАР за период вегетации ячменя. Период от посева до созревания у него составил 85 дней (с 6 мая по 31 июля).
В данном случае ФАР (QФАР) за вегетацию ячменя составит:
Однако коэффициент использования ФАР (К ФАР) посевами будет зависеть от многих причин: сорта, почвенного плодородия, влагообеспеченности, технологии возделывания и других факторов. Согласно данным А.А. Ничипоровича (1966), коэффициент использования ФАР обычных производственных посевов составляет 1,5. 3 процента и рекордных - 3,5. 5 процентов. Он установил, что наиболее высокие урожаи создают посевы, имеющие общую площадь листовой поверхности 40 - 50 тыс. м 2 /га, поглощающие при этом максимум солнечной радиации.
Расчет потенциальной урожайности биомассы при заданном коэффициенте использования ФАР, оптимальном режиме метеорологических условий и высокой культуре земледелия рассчитывается по формуле:
Убиол. – максимально возможная величина урожая абсолютно сухой массы, ц/га;
Qфар – приход ФАР за вегетационный период культуры, кДж/см 2 ;
Кфар – коэффициент использования ФАР посевом, %;
К – калорийность 1-го кг сухой биомассы, кДж, (табл. 4);
104 – коэффициент перевода в абсолютные величины.
Пример: Рассчитать потенциальную урожайность ячменя при использовании 2 % ФАР:
Далее, исходя из соотношения зерна к соломе (табл. 4) и стандартной влажности, необходимо рассчитать урожай зерна, пользуясь следующей формулой:
УЗ – урожай зерна или какой-либо другой основной с.-х. продукции при стандартном содержании в ней влаги, ц/га;
В – стандартная влажность основной продукции, %;
Л – сумма частей в отношении основной и побочной продукции в общем урожаем биомассы (например, при соотношении основной и побочной продукции 1:1,4 Л=2,4) (табл.4);
Таким образом, урожайность ячменя в данном случае составит:
Рассчитанный урожай зерна в 46,25 ц/га при использовании 2% солнечной радиации, не следует считать предельным. Увеличивая коэффициент использования ФАР до 3. 4 и более процентов, можно рассчитать возможные максимальные урожаи сельскохозяйственных культур. Однако, такие урожаи можно получить лишь при оптимальном сочетании водного, пищевого и воздушного режимов. В связи с тем, что природно-климатические условия нашей страны весьма разнообразны, при программировании урожаев необходимо установить факторы, ограничивающие рост продуктивности посевов для каждой почвенно-климатической зоны.
Читайте также: