48. Фотосинтез и урожай. Теория фотосинтетической продуктивности.

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.

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

Поэтому общая продуктивность растения будет определяться не только образованием органических веществ в процессе фотосинтеза, но и величиной всех указанных потерь.

Подсчеты коэффициента использования солнечной энергии показали, что максимальный прирост сухого вещества на одно растение кукурузы в период выбрасывания метелки за сутки со­ставляет 20 г

Различают урожай биологический и хозяйственный.

Биологический урожай — это сумма суточных при­ростов за весь вегетационный период. Его можно выразить фор­мулой Убиол. = сумм. С1,С2…..n, где С — суточные приросты массы, кг/га в сутки.

С= Ф*Кэф*Л/1000, где Ф — количество ассимилированного СО2; Кэф- коэффициент фотосинтеза, Л — листовая поверхность; 1000 — граммы.

Хозяйственный урожай составляет определенную долю биологического. Не все части растения равноценны и оди­наково используются. Поэтому хозяйственный урожаи равен:Ухоз.=Убиол.*Кхоз.

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.

Теория фотосинтетической продуктивности. Фотосинтез был открыт 230 лет назад, но очень долго это направление в науке было далеким от практических задач агрономии. Первый шаг в этом направлении был сделан Л.А.Ивановым в 1941году. На следующем этапе разрабатывалась теория фотосинтетической деятельности растений в фитоценозах как основа их продуктивности. Это направление получило развитие в работах А.А.Ничипоровича, А.К.Оканенко, Л.М.Дорохова, Г.П.Устенко, И.С.Шаталова, Б.И.Гуляева, Ю.К.Росса, Х.Г.Тооминга, И.А.Тарчевского и др., а также за рубежом.

В результате были разработаны основные положения теории фотосинтетической деятельности не отдельно взятого растения, а фитоценоза как целостной системы. Так как на основе теории фотосинтетической продуктивности удалось установить тесную связь между фотосинтезом и урожаем для многих культур, то она позволила определить характер и возможные изменения этих характеристик в процессе селекции. На примере отдельных культур исследователям удалось проследить общие тенденции эволюции фотосинтетических функций растений (Быков, Зеленский, 1982).

В разрабатываемой теории продукционного процесса значительно больше внимания следует также уделить донорно-акцепторным отношениям, которые характеризуют сам процесс формирования подземной и надземной фитомассы, в том числе хозяйственного урожая. Установлено, что более полная энергетическая характеристика любых сельскохозяйственных культур, севооборотов и природных фитоценозов может быть дана с помощью следующих трех показателей:

а) коэффициент использования ФАР во времени (Кв.), показывающий ее долю от поступившей за потенциально возможный вегетационный период со среднесуточной температурой выше +30 С°;

б) коэффициент использования ФАР в пространстве (Кп), т.е. общепринятый сейчас КПД ФАР;

в) коэффициент биоэнергетической эффективности (Кб), характеризующий отношение энергии хозяйственного урожая к антропогенной, которая была затрачена на его выращивание и уборку.

Одним из важнейших недостатков в теории фотосинтетической продуктивности было полное игнорирование качеством урожая. При разработке теории продукционного процесса потребуется более тесная кооперация с биохимиками, чтобы квалифицированно объединить количественные и качественные показатели, характеризующие процесс формирования урожая.