CC BY
28УДК 633.88: 631.95
ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИ АКТИВНАЯ РАДИАЦИЯ КАК КОМПОНЕНТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА АГРОЦЕНОЗА НА ПРИМЕРЕ ПЛАНТАЦИИ
ЭХИНАЦЕИ ПУРПУРНОЙ
Пикуленко О.В.
Рассмотрены подходы к изучению энергетического баланса агроценоза. На примере многолетней плантации эхинацеи пурпурной показано влияние агротехнических приемов выращивания на коэффициент использования фотосинтетически активной солнечной радиации растением. Ключевые слова: энергетический баланс, агроценоз, эхинацея пурпурная, фотосинтетически активная радиация.
ВВЕДЕНИЕ
В процессе фотосинтеза энергия солнечного луча переходит в энергию растительной биомассы. Формирование урожая растений напрямую связано с интенсивностью фотосинтеза, которая зависит от радиационного режима, влагообеспеченности посевов и посадок и обеспеченности элементами питания, которые регулируются агротехническими приёмами выращивания.
В полевых условиях плантация (ценоз) как совокупность растений на единице площади представляет собой сложную динамическую саморегулирующуюся фотосинтезирующую систему. Эта система многокомпонентная, и ее части можно рассматривать как подсистемы; она динамическая, так как постоянно меняет свои параметры во времени; саморегулирующаяся, так как несмотря на разнообразные воздействия, изменяет свои параметры определенным образом, поддерживая гомеостаз [1].
Условия для максимальной продуктивности отдельного растения и ценоза как системы не совпадают. Например, для агроценоза оптимизация урожайности связана с загущением растений, тогда как для отдельно взятого растения увеличение площади питания и связанное с этим увеличение площади питания позволяет повысить его биологическую, в частности — семенную, продуктивность.
Как отмечалось выше, энергия, накапливаемая в сельскохозяйственных растениях, образуется в процессе фотосинтетической деятельности, на активность которой оказывает существенное влияние энергия, вкладываемая трудом человека с помощью сельскохозяйственной техники, удобрений и других ресурсов. Очевидно, что энергетический баланс агроценоза, в отличие от природного биоценоза, имеет существенную антропогенную составляющую.
Задача повышения эффективности использования сельскохозяйственной техники, углеводородного топлива, электрической энергии, удобрений и других средств вызывает необходимость тщательного измерения энергии, накапливаемой в урожае сельскохозяйственных культур, общих (совокупных) затрат энергии, вкладываемых в производство, и проведения биоэнергетической оценки технологий
производства растениеводческой продукции [2], то есть сведение энергетического баланса агроценоза.
Биоэнергетическая оценка подразумевает определение соотношения количества энергии, аккумулируемой в урожае сельскохозяйственных культур в процессе фотосинтеза, и совокупных затрат энергии, вкладываемых в производство продукции растениеводства.
Процесс управления формированием урожая довольно сложный, так как растения в ценозе, изменяясь в процессе вегетации, взаимодействуют с другими сложными системами - микроорганизмами почвы, возбудителями болезней, сорняками, вредителями. Такие факторы среды как температурный режим, осадки можно учесть лишь в плане ориентировки на среднемноголетние данные [3], но контролировать практически невозможно. Однако на основании анализа природно-климатических факторов можно подобрать сорта, адаптированные к конкретным условиям, разработать технологию их выращивания. Многие факторы поддаются регулированию, например почвенное плодородие, минеральное питание, есть возможность воздействовать на сорняки, вредителей, болезни. Управление процессом формирования урожая ведут на основе систематического контроля за развитием растений и направления хода фотосинтетической деятельности посевов в соответствии с заранее заданными параметрами [1].
ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИ АКТИВНАЯ РАДИАЦИЯ.
Необходимое условие фотосинтеза - энергия солнечной радиации. Следует создавать такие посевы и посадки, в которых листья поглощали бы энергию солнца с максимально возможным коэффициентом полезного действия для создания наибольшей биомассы и сосредоточения ее в хозяйственно ценной части урожая (у эхинацеи пурпурной это корневища с корнями).
В процессе фотосинтеза принимает участие не вся солнечная энергия, а только видимая ее часть - фотосинтетически активная радиация (ФАР) с длиной волн от 380 до 720 нм (нанометр или миллимикрон) [1]. Энергия ФАР составляет около 50% общей энергии солнечной радиации. Инфракрасная часть солнечного спектра, составляющая также 50% общей энергии солнца, не участвует в фотохимических реакциях фотосинтеза. Эти лучи поглощаются почвой, от которой нагреваются приземный слой воздуха и сами растения, при этом усиливаются транспирация и испарение влаги с поверхности почвы. Количество ФАР, падающее на единицу поверхности почвы, зависит от географической широты и представлено в соответствующих справочниках в виде среднемесячных и среднедекадных показателей.
Объективным показателем величины урожая (высокий, средний, низкий) может служить коэффициент использования ФАР (К фар). Хорошие урожаи соответствуют 2-3% использования ФАР. При выращивании сортов интенсивного типа и оптимизации всех процессов формирования урожая возможна аккумуляция в урожае от 3,5 до 5,0% фотосинтетически активной радиации и более [1].
Структура фотосинтезирующей листовой поверхности может не соответствовать оптимальной для фотосинтеза площади листьев, что может
привести к радиационному голоданию даже при достаточной теплообеспеченности [4]. Задачей исследований было обоснование оптимальной структуры посевов и посадок эхинацеи пурпурной - лекарственного растения, сырье которого пользуется повышенным спросом.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Наблюдения за фитоклиматом и режимом солнечной радиации проводилась в сроки прохождения растением основных фенологических фаз развития -стеблевания, бутонизации, цветения - в июле-августе. По аналогии с эфиромас личными и другими культурами [5, 6, 7], измерения основных составляющих радиационного баланса делали над и под растениями. Использовали технические средства измерения в походном варианте: аспирационный психрометр (измерялись температура и влажность воздуха), люксметр (освещенность); актинометрическая пара альбедометр на штанге с кардановым подвесом + гальванометр (параметры радиационного режима).
Формирование фитоклимата, особенно температуры и влажности воздуха в посевах, транспирация и фотосинтез происходят под влиянием режима солнечной радиации. Для расчёта притока фотосинтетически активной радиации (ФАР или Оф) над растениями использовали формулу:
0ф= 0,43 8! + 0,57Д,
где 8: - прямая солнечная радиация, равная разности суммарной ((£) и рассеянной (Д) радиации. Поглощённую растениями суммарную радиацию (Оаи) рассчитывали по формуле:
С^аи = О - - С^тп + С^рп , где - суммарная солнечная радиация, падающая на растительный покров (РП);
Я: - отраженная от РП радиация;
<3тп - радиация, проникающая к почве;
<3рп - радиация, отраженная от почвы под растительностью.
По этой же формуле рассчитывали поглощение ФАР (или С^аф), с той разницей, что всю приходящую радиацию (О) учитывали с коэффициентом 0,5, отраженную Я с 0,2 [20].
Коэффициент поглощения интегральной радиации для одного ряда рассчитывали по формуле:
Зди = Оаи / ОА-
а поглощение ФАР (К или эАф) по формуле:
Заф = ОАФ / ОФ -
где <3аф - поглощенная ФАР, Оф - приходящая ФАР над растениями (по аналогии с <3аи и С^а - для интегральной солнечной радиации).
Гидротермический коэффициент, характеризующий соотношение тепла и влаги в годы проведения измерений, свидетельствует о разнообразии агроклиматического фона исследований: в 2001-2002 с.-х. г. он составлял 0,93 (типичный год), в 2002- 2003 с.-х г. 0,58 (засушливый год), в 2003-2004 г. 1,65 (нетипичный влажный год).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
По данным таблиц 1 и 2 видно, что в острозасушливых условиях 2002-2003 лет
внесение удобрений не всегда сопровождалось ростом поглощения ФАР. Так, в 2003 г. Кфар на вариантах с дозами удобрений ,РЛ,, и Ыу()Р9() был одинаков, даже меньше, чем на контроле.
Таблица 1
Коэффициент поглощения ФАР 2-летними растениями эхинацеи пурпурной
(Echinacea purpurea (L.) Moench). 2002 г. (посадка сеянцами).
Вариант дозы Площади питания, повторности
удобрения (А) 30x60 см (Б) 20x60 см
I II III средн. I II III средн.
1 -я серия измерений (фаза стеблевания)
Контроль (без 0,841 0,765 0,805 0,804 0,865 0,866 0,831 0,854
удобрений)
NöoPoO 0,786 0,857 0,845 0,829 0,801 0,820 0,806 0,809
2-я серия измерений (фаза бутонизации)
Контроль (без 0,790 0,833 0,821 0,815 0,743 0,816 0,836 0,798
удобрений)
NöoPoO 0,765 0,800 0,830 0,798 0,846 0,789 0,825 0,820
3-я серия изме рений (фаза массового цветения)
Контроль (без 0,846 0,809 0,881 0,845 0,882 0,858 0,861 0,867
удобрений)
NöoPoO 0,883 0,820 0,858 0,854 0,858 0,816 0,840 0,838
Таблица 2
Коэффициент поглощения ФАР 2-летними растениями эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea (L.) Moench), 2002-2003 гг. (посев 2001 и 2002 гг).
Вариант удобрения Нормы высева, повторности
8 кг/га 12 кг/га
I II III среди I II III среди
Контроль (безудобре ний) 2002 - - - - 0,646 0,740 0,695 0,694
2003 0,852 0,817 0,822 0,840 0,883 0,909 0,868 0,887
в среднем по годам 0,765 0,825 0,782 0,791
NeoPeo 2002 - - - - 0,811 0,778 0,815 0,801
2003 0,905 0,883 0,887 0,891 0,864 0,901 0,855 0,873
в среднем по годам 0,838 0,840 0,835 0,837
N90P90 2002 - - - - - - - -
2003 0,782 0,863 0,913 0,853 0,855 0,863 0,900 0,873
Результаты измерения коэффициента поглощения фотосинтетически активной радиации (К фар) на 3-м году вегетации представлены в таблицах 3 и 4.
Таблица 3
Коэффициент поглощения ФАР 3-летними растениями эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea (L.) Moench), 2003 г. (посадка сеянцами весной 2001 г.) _
Вариант Схема посадки, повторности
удобрения (А) 30x60 см (Б) 20x60 см
I II III среди I II III средн.
Контроль 0,901 0,910 0,919 0,910 0,893 0,900 0,899 0,897
(без удобрений)
NöoPoO 0,804 0,923 0,876 0,868 0,918 0,831 0,930 0,893
Таблица 4
Коэффициент поглощения ФАР 3-летними растениями эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea (L.) Moench), 2004 гг. (посев 2002 г).
Вариант удобрения Нормы высева, повторности
8 кг/га 12 кг/га
I | II | III | среди I | II | III 1 среди
1-я серия измерений (фаза стеблевания)
Контроль (без удобрений) 0,894 0,916 0,875 0,895 0,921 0,893 0,900 0,905
nöopoo 0,954 0,920 0,942 0,939 0,917 0,896 0,940 0,918
n90p90 0,958 0,907 0,894 0,920 0,930 0,925 0,935 0,930
2-я серия измерений (фаза бутонизации)
Контроль (без удобрений) 0,831 0,919 0,897 0,882 0,946 0,905 0,886 0,912
nöopoo 0,800 0,930 0,937 0,889 0,826 0,940 0,931 0,899
n90p90 0,905 0,944 0,948 0,932 0,820 0,896 0,930 0,882
3-я серия измерений (фаза массового цветения)
Контроль (без удобрений) 0,893 0,909 0,897 0,900 0,916 0,901 0,899 0,905
nöopoo 0,919 0,913 0,921 0,918 0,929 0,926 0,877 0,911
n90p90 0,912 0,900 0,913 0,908 0,913 0,944 0,933 0,930
По данным таблицы 4, коэффициент поглощения ФАР трехлетними растениями эхинацеи в фазу бутонизации на варианте с нормой высева 12 кг/га несколько меньше, чем при 8 кг/га, т.к. на загущенном варианте, из-за большего количества растений на погонный метр, формируются менее разветвленные побеги с мелкими листьями. Однако, при участии минеральных веществ удобрений, к фазе массового цветения биомасса (и, следовательно, - площадь листовой поверхности) увеличивается, Кфар возрастает, что позволяет назвать сочетание нормы высева 12 кг/га с дозой удобрений К60Рбо оптимальным для данной культуры.
ВЫВОДЫ
Результаты исследований поглощения ФАР эхинацеей показали, что: 1. В удобренных загущенных посевах коэффициент поглощения ФАР
больше, т.е. структура фотосинтезирующей листовой поверхности рациональнее.
2. Оптимальным является посев нормой высева 12 кг/га на фоне внесения азотно-фософорных удобрений в дозе N60P бо по д.в.
Список литературы
1. Гастаулина Г.Г. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах// Растениеводство/ Посыпанов Г.С., Долгодворов В.Е., Коренев Г.В. и др. - М.: Колос, 1997. - С. 39-46.
2. Методика биоэнергетической оценки технологий производства продукции растениеводства. - М.: Изд-во ВАСХНИЛ. 1983.-46 с.
3. Савчук Л.П. Климат предгорья Крыма и эфироносы. - Симферополь, 2006. - 76 с.
4. Савчук Л.П., Покрыщенко В.Н., Сирык Н.П., Карпова Г.Я., Плехун О.В. Формирование фитоклимата и активной фотосинтезирующей поверхности некоторых лекарственных растений агроприёмами// Научные труды КГАУ, Сельскохозяйственные науки. - Вып.78,- Симферополь, 2002.-С. 16-21
5. Амирджанов А.Т. Солнечная радиация и продуктивность виноградника. - Л.: Гидрометиздат, 1980.-208с.
6. Ксендз А.Т., Покрыщенко В.Н., Савчук Л.П. Регулирование фитоклимата как средство обоснования компонентов совмещённых посевов// Метеорология и гидрология,- №8, 1981. - С.97-101.
7. Савчук Л.П., Меркушева Ю.П. Радиационный режим и влажность почвы при различных приёмах возделывания розы сорта Радуга// Труды ВНИИЭМК. - т. XVIII. 1987. - С. 114-125.
Пжуленко О.В. Фотосинтетично активна pa.iiaiiiii як компонент енергетичного балансу агроценозу на прикла.и плантацп ехшацеК пурпурно!'.
Розглянуто шдходи до вивчення енергетичного балансу агроценозу. На приклад! багатор1чно! плантацп ехшаце! пурпурно! показаний вплив агротехшчних прийом1в вирощування на коефщент використання фотосинтетично активно! сонячно! рад1ацп рослиною.
K.rno4oei слова: енергетичний баланс, агроценоз, ехшацея пурпурна, фотосинтетично активна рад1ащя.
Pikulenko О. I'. Photosynthesisly active radiation as a component of power balance of an agricultural vegetative community on example of Echinacea purpurea (L.) Moench plantation.
Approaches to studying power balance of agricultural vegetative community are considered. On an example of a long-term plantation of Echinacea purpurea (L.) Moench influence of agrotechnical receptions of cultivation on operating ratio photosynthesisly is shown to active solar radiation by a plant. Key words: power balance, Echinacea purpurea (L.) Moench, photosynthesisly active radiation.
Статья поступила в редакцию 25.07.2008 г
