Фотосинтез

ПАРАМЕТРЫ ОПТИМАЛЬНОГО ПОСЕВА

Оптимальным считается фотосинтез, адаптирующийся к ис­пользованию с максимальной эффективностью тех условий, ко­торые складываются в посеве или создаются человеком с целью повышения продуктивности. Компонентами этой системы должны быть растения, формирующие фитоценоз с наивысшей для данных условий фотосинтетической продуктивностью (высокие значения К_хоз, высокое качество урожая, устойчивость к болезням, полеганию).
Наилучшим можно считать фотосинтетический аппарат, спо­собный быстро достигать оптимальных размеров (ИЛП = 5-8) и сохранять их, как и максимальные приросты, в течение возмож­но продлжительного периода времени. Однако ИФ в указанных условиях в результате усиления конкуренции за СО₂ и свет будет значительно ниже, чем при ИЛП = 2-3, т. е. основными факторами повышения продуктивности хорошо обес­печенных посевов являются усиление ростовых процессов и уве­личение ИЛП (экстенсивные признаки), но не увеличение ИФ (интенсивный признак). Поэтому биологическая продук­тивность в этих условиях тесно коррелирует с ФП посева и отрицательно со средней ИФ. Вместе с тем при низких величи­нах ИЛП биологическая продуктивность, наоборот, теснее кор­релирует именно с ИФ.
Изменение соотношений между размерами фотосинтетического аппарата и ИФ по мере оптимизации факторов плодородия и увеличения ИЛП направлено на повышение КПД ФАР в условиях ухудшения режима радиации в посеве и соответственно снижения средней ИФ. Хорошая согласованность процессов роста с успешной адаптацией фотосинтетического аппарата по­севов к меняющемуся радиационному режиму приводит к высо­ким значениям КПД приходящей ФАР - 5-6 % в среднем за вегетацию.
По мнению А. А. Ничипоровича (1982), эти значения при оптимизации условий выращивания можно повысить до 7-8 и даже 10 % (10-15 т/га зерновых), что почти в 2 раза ниже теоретически возможного предела КПД ФАР (22 %). Это значит, что в районах, где приход ФАР за период вегетации составляет 2-3 млрд ккал/га, урожаи зерна пшеницы могут достигать 10­-15 т/га. О реальности таких урожаев свидетельствует создание низкорослых сортов пшеницы интенсивного типа, дающих 10 т/га и выше. Однако на практике КПД ФАР значительно ниже оптимальных величин и составляет для биомассы 0,2­-0,3 %.
Для получения реального урожая зерна 6 т/та, что равнознач­но получению биологического урожая 15 т/га при К_хоз = 0,4 необходимо усвоение посевом ЗО-ЗЗ т/га СО₂. Это исключи­тельно сложная задача, так как в период наиболее интенсивного роста максимальные суточные приросты достигают 400-600, а иногда 1000 кг/га биомассы. Такие приросты реальны в посевах с ИЛП = 5-8 и величинах ЧПФ = 4-8 г/(м сут) или средней ИФ = 8-16 мг СО2/(дм ч). Для получения подобных приростов растения должны усваивать до 2000 кг/га СО₂. В толще посева в это время находится всего 5-6 кг СО₂, т. е. в 150-300 раз меньше требуемого коли­чества. Растения справляются с этой задачей, поскольку за 16­ часовой летний день в результате турбулентного перемешивания происходит около 1500-3000 смен воздуха в толще посева. Тем не менее концентрация СО₂ в посеве (0,025-0.027 %) оказыва­ется ниже, чем над посевом (0,030-0,032 %), и соответственно лимитирует, как и пониженная освещенность, фотосинтез. Преодоление этого лимитирования на физиологическом, аг­рохимическом и селекционно-генетическом уровнях является важной задачей повышения урожаев, что удается редко. Если, например, при некоторой обеспеченности водой и питанием в посевах развива­ется недостаточная площадь листьев (ИЛП = 2-3), урожай сни­жается даже при достаточно хороших показателях ЧПФ и К_хоз. При этом имеет значение выведение сортов с повышенной ус­тойчивостью ростовой функции, определяющей рост листьев и плодоэлементов в неблагоприятных условиях. Фотосинтетический аппарат таких сортов должен быстро и ус­пешно адаптироваться к изменениям основных параметров фото­синтетической деятельности в широком диапазоне их проявлений.
В процессе эволюции появились биотопы и геноти­пы с фотосинтетическим аппаратом, приспособленным для работы в различных условиях. Так, в регионах с высокими температурами у растений, формирующих плотные посевы с неблагоприятным СО₂ режимом, преимущество могут иметь растения С₄-типа (кукуруза, сорго, сахарный тростник) и теплолюбивые и жаростойкие формы с соответствующими темпе­ратурными оптимумами фотосинтеза. В умеренных широтах с более низкими температурами и в условиях, формирующих хорошо вентилируемые посевы, не менее продуктивными могут быть и С₃-растения (свекла, подсолнечник и др.) с относительно низкими температурными оптимумами фотосинтеза.

6.