CC BY
1УДК 633.88(470.313)
О.А. Захарова
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева,
Рязань, 390044 e-mail: ol-zahar.ru@yandex.ru
КПД ФОТОСИНТЕЗА ШАЛФЕЯ ЛЕКАРСТВЕННОГО ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Шалфей лекарственный произрастает повсеместно небольшими куртинами, хотя растение имеет практическое значение, будучи эфиромасличным, медоносным и лекарственным. Шалфей хорошо произрастает в культуре. Учитывая его биологические требования, был выбран участок на юге Рязанской области. Цель исследований - изучение возможности возделывания шалфея лекарственного в культуре. Одной из задач ставился расчет КПД фотосинтеза, который был проведен по методике Лукьянова и Головастико-вой. Результаты показали наибольшую величину у растений при осеннем посеве нормой высева 0,8 г/м2.
Ключевые слова: шалфей, фотосинтез, КПД фотосинтеза, площадь листьев, урожайность.
О.А. Zakharova
Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev,
Ryazan, 390044 e-mail: ol-zahar.ru@yandex.ru
EFFICIENCY OF PHOTOSYNTHESIS OF MEDICINAL SAGE IN CULTIVATION IN THE FOREST-STEPPE ZONE OF THE RYAZAN REGION
Medicinal sage grows everywhere in small patches, although the plant is of practical importance, being essential oil, honey-bearing and medicinal. Sage grows well in culture. Taking into account its biological requirements, a site in the south of the Ryazan region was chosen. The purpose of the research is to study the possibility of cultivating medicinal sage in culture. One of the tasks was to calculate the efficiency of photosynthesis, which was carried out according to the method of Lukyanov and Golovastikova. The results showed the highest value in plants during autumn sowing with a seeding rate of 0.8 g/m2.
Key words: sage, photosynthesis, photosynthesis efficiency, leaf area, yield.
Шалфей лекарственный - широко распространенный вид эфиромасличного и медоносного растения, предпочитающий теплые и сухие местообитания. Учитывая его распространение в естественных фитоценозах куртинами и возможное широкое использование в разных сферах применения, решено ввести его в культуру. Для этого необходимо разработать технологию его возделывания применительно к конкретным условиям региона. Походящими по климату и почве условиям явилась лесостепная зона в Сараевском районе, расположенном на юге Рязанской области.
С целью установления оптимального срока посева и нормы высева семян был заложен и проведен мелкоделяночный полевой опыт с разными вариантами. Почва участка - чернозем луговой (содержание гумуса до 9,5%). В опыте однократно вносился козий навоз. Агротехника общепринятая. Наиболее оптимальным с агрономической точки зрения, как показали исследования, явился вариант с осенним посевом нормой высева семян 0,8 г/м2 с заделкой на глубину 2-3 см (вариант 1). Одной из задач исследований был расчет КПД фотосинтеза, отражающий интенсивность поверхностной радиации, урожайность, удельную скорость роста, высоту растений, площадь листовой поверхности и другие факторы. Расчет КПД фотосинтеза осуществлен по методике, изложенной в работе В.А. Лукьянова и А.В. Головастиковой [4].
Энергия фотосинтетической активной радиации является одним из важнейших условий жизни растений [1, 2]. Для получения этих данных на метеостанции г. Ряжска, расположенной в 62 км от г. Сараи Рязанской области, использовался программный комплекс Smart 295 с наклонными панелями (рис. 1).
Для сравнения расчет КПД фотосинтеза приводится и при подзимнем посеве этой же нормой высева (вариант 2). Для расчета применялись значения, полученные опытным путем самостоятельно, из ресурсов интернета, научной и справочной литературы. Известно, что поглощенная растениями энергия не полностью расходуется на фотосинтез [3]. Эффективность фотосинтеза выражается его КПД [4].
Итак, с учетом равномерного распределения растений урожайность шалфея лекарственного (учитываются только листья) на варианте 1 составила в пересчете на 1 га 112 ц и на варианте 2 -105 ц. КПД фотосинтеза рассчитывался по формуле:
Рис. 1. Солнечная радиация, ФАП, освещенность 9 июня -самый солнечный день (https://climate-energy.ru/weather /spravochnik/ss/climate_sprav_ss_2783501595.php)
E
КПД = -x-100%, E
(1)
где Ех - запасенная энергия, Еп - поглощенная энергия.
Общая площадь листовой поверхности в пересчете на 1 га учитывается как 7 500 и 6 980 м2. Расчет ведется по формуле:
X = ц • U • S ,
(2)
где ц - удельная скорость роста, U - урожайность, S - площадь листа.
Явар.1 = 0,067 • 7 500 • 1,12 = 562,8 т-сутч/га, ^вар.2 = 0,067 • 6 980 • 1,05 = 491,0 т-сутч/га,
Ех = R • X, Ехвар.1 = 22 000 • 562,8 = 12 381 600 МДж, Ехвар.2 = 22 000 • 491,0 = 10 802 000 МДж.
(3)
(4)
(5)
(6) (7)
Количество поглощенной световой энергии рассчитывалось по формуле закона Бугера -Ламберта - Бера [5]:
I = !о • 10"с, (8)
(9) (10)
I /10 = 10"
-lg(T) = D,
где !0 - интенсивность пучка монохроматического света, падающего на поверхность, Вт/м ; I - интенсивность света, прошедшего сквозь листовую поверхность, Вт/м2; D - оптическая плотность, ед. опт. плотн.
Урожайность 1,12 и 1,05 т/га, вегетационный период 158-162 дня. Удельная скорость роста составит:
Цвар.1 = 1,12 / 158 = 0,007 т • сут-1, (11)
цвар-2 = 1,05 / 162 = 0,006 т • сут-1. (12)
Удельная скорость роста зависит от многих факторов, в первую очередь, конечно, от погодных условий, а во-вторых - от физиологического состояния растительного организма. Продуктивность фотосинтеза (с учетом полученной урожайности):
^вар.1 = 0,007 • 3,67 = 0,026 т/га-сут, (13)
Pвар.2 = 0,006 • 3,67 = 0,022 т/га-сут. (14)
Освещаемой поверхностью является суммарная плoщадь листьев на 1 га. Площадь листовой поверхности рассчитывалась по формуле:
S = Дср • Шср • 0,6 • n, (15)
с -2
где S - площадь листовой поверхности, м2, Дср - средняя длина листьев, м, Шср - средняя длина листьев, м, n - число измеренных листьев.
En = Eo • а • S • t. (16)
Коэффициент поглощения листовой поверхности по литературным данным равен 0,8. Средняя освещенность для лесостепной зоны (Вт/м2), интенсивность поверхностной радиации ФАР (Вт/м2) взяты из справочников. Сутки переводятся в секунды - 86 400 с и получаем:
Епвар.1 = 3,17 • 7 500 • 0,6 • 86 400 = 1 232 496 000 МДж, (17)
Епвар.2 = 3,17 • 6 980 • 0,6 • 86 400 = 1 147 042 944 МДж, (18)
Разделим Ех и Еп на 10 000.
Подставляя значения Ex и En в (1) найдем искомую величину. Далее рассчитывается КПД фотосинтеза:
КПД = (Ех / Еп) • 100%, (19)
1 9ЧЯ 1 (л
КПДвар 1 = 1238,10 100 = 1,00%, (20)
р 123249,0
КПДвар.2 = 1080,20 100 = 0,94%. (21)
р 114704,3
По предложенной модели расчета КПД фотосинтеза можно узнать и величину T - пропускание, %. Разница между входящим и выходящим световым потоком и будет поглощенной частью при данной длине волны:
I, = I0 - I. (22)
Разделив обе части равенства на I0, получают коэффициент поглощения asp для соответствующей световой волны:
asp = I0 - I/ I0 = 1 - Т, (23)
I, = asp • I0. (24)
Для разных длин волн светового потока величина asp зависит от спектральных характеристик листьев (соотношение пигментов хлорофилла, каратиноидов и др.), чтобы найти суммарную величину, необходимо просуммировать значения asp для каждой длины волны из области ФАР:
a = Jasp(X) • dk. (25)
Поглощенная энергия En с учетом площади освещаемой поверхности S рассчитывается перемножением величины интенсивности поверхностной радиации E0 на коэффициент поглощения a: развитие растений.
Расчеты показали, что при осеннем посеве нормой высева семян 0,8 г/м2 КПД фотосинтеза выше на 0,06% КПД фотосинтеза растений шалфея при подзимнем посеве этой же нормой, что объясняет большую величину урожая на варианте 1.
Проведение корреляционного анализа позволило определить r = 0,82. Тогда вероятностные уравнения урожайности шалфея лекарственного и КПД фотосинтеза выглядят следующим образом (рис. 2).
36.2 <= 582
36.5 35.9
36.2 > 582
Вариант 1
8
35.9
36.05
36.35
36.5
Вариант 2
Рис. 2. Вероятностные уравнения урожайности шалфея лекарственного
Результаты расчета КПД фотосинтеза показали наибольшую величину у осенних посевов шалфея лекарственного нормой высева 0,8 г/м2.
Литература
1. Архипова П. Повышение КПД фотосинтеза картофеля при возделывании по голландской технологии / П. Архипова; науч. рук. О.А. Захарова // Перспективы развития отрасли и предприятий АПК: отечественный и международный опыт: Сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. - Омск, 2020. - С. 341-343.
2. Кой К., Шуравилин А.В., Захарова О.А. Фотосинтетическая активность растений картофеля при промышленной (голландской) технологии возделывания // Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса. - 2017. - № 4 (33). - С. 23-27.
3. Комиссаров Г.Г. Новая концепция фотосинтеза: открывающиеся перспективы // Вестник международной академии наук (русская секция). - 2010. - № 2. - С. 52-58.
4. Лукьянов В.А., Головастикова А.В. Расчет КПД фотосинтеза у высших растений // Вестник ФГОУ ВПО Брянская ГСХА. - 2014. - № 5. - С. 22-27.
5. Смашевский Н.Д. Экология фотосинтеза. - Астрахань: Астраханский ун-т, 2017. - 195 с.
