Змістовий модуль 2. Оцінка екологічних процесів у агроекосистемах

Тема 5. Оцінка біокліматичного потенціалу агроекосистеми

1.Основи біокліматології

2. Кліматичні чинники та їх режими

3. Основні показники оцінювання клімату агросфери

4. Агрокліматичне районування

5.1.Основи біокліматології

Ріст, розвиток і урожайність сільськогосподарських культур істотно залежать від кількості сонячного світла, тепла і вологи, особливостей клімату та погодних умов. Розміщення галузей сільського господарства, зон вирощування сільськогосподарських культур, спеціалізація господарств, системи машин і знарядь, які використовують у сільському господарстві, строки проведення польових робіт, технології значною мірою визначаються кліматом і погодою.

Клімат – це багаторічний режим погоди, характерний для даної місцевості, зумовлений кількістю сонячної радіації, її перетвореннями у верхньому шарі земної поверхні та пов'язаних із ними циркуляцій атмосфери й океанів.

Погодою називають фізичний стан атмосфери в певний момент або інтервал часу, який характеризується сукупністю метеорологічних елементів (величин) і атмосферних явищ.

Метеорологічні величини – це кількісні характеристики стану атмосфери (температура, вологість повітря, швидкість і напрямок вітру, кількість і товщина хмар, інтенсивність опадів, потік радіації і тепла та ін.).

Атмосферне явище є фізичним процесом, який супроводжується різкою (якісною) зміною стану атмосфери (туман, ожеледь, роса, опади, пилова буря, хуртовина тощо).

Рис.5.1. Схема класифікації основних категорій метеорології

Агрокліматологія розвивається як галузь кліматології у тісному зв’язку з іншою прикладною галуззю – біокліматологією – наукою, яка вивчає чинники, що визначають поширення, функціонування та чисельність організмів у середовищі.

Теоретичною основою біокліматології є принцип єдності організму і навколишнього середовища, сформульований І.М. Сєченовим (1861), згідно якого живий організм тісно пов'язаний зі своїм оточенням через процеси обміну матерією й енергією, і цей зв'язок двосторонній.

5.2. Кліматичні чинники та їх режими

Кліматичні чинники поділяють на основні та другорядні.

Основні кліматичні чинники середовища здійснюють безпосередній і прямий вплив на рослини через ґрунт або атмосферу протягом усього періоду життя і на всій території (світло, тепло, волога).

Другорядні кліматичні чинники (вітер, хмарність, туман тощо) відіграють допоміжну роль, коригують дію основних чинників і впливають лише в окремі періоди і на невеликих територіях. Наприклад, вітер послаблює згубну дію приморозків, хмарність зменшує охолодження ґрунту вночі.

Більшість кліматичних чинників діє на організми градієнтно, тобто інтенсивність чинника визначає екологічну реакцію організмів.

Основними кліматичними чинниками середовища щодо росту і розвитку рослин є: сонячна радіація, тепло, вода, повітря. Охарактеризуємо їхні показники.

1. Сонячна радіація.

Сонячне світло є практично єдиним джерелом енергії для Землі.

Спектральний склад сонячної радіації. Спектр випромінювання Сонця (сонячної радіації) складається із 5 типів електромагнітного випромінювання (див. рис.5.2).

Довжина хвилі, λ, мкм
10-5 10-2 0,29 0,76 3000
γ-промені	РН-промені	дальні	ближні	ІЧ-промені	РХ-промені
		УФ-промені
іонізуюче			оптичне		радіохвильове

Рис.5.2. Cхема спектрального складу сонячної радіації

Для енергетичної характеристики сонячного випромінювання застосовують такі показники:

1. потік випромінювання – енергія, яка переноситься за одиницю часу (виражають у ватах; 1 Вт = 1 Дж/с);

2) щільність випромінювання – потік випромінювання, що падає на одиницю площі (виражають у ватах на квадратний метр, Вт/м²);

3) кількість випромінювання – енергія, яка надходить на одиницю опромінюваної поверхні протягом певного часу (виражають у ват-секундах на квадратний метр – Вт-с/м² або Дж/м²).

Екологічна роль сонячної радіації.

1. Іонізуюче випромінювання ( , РН, УФ дальнє) характеризується мутагенною, патогенною дією, але в енергетичному балансі Землі його частка невелика, оскільки випромінювання з довжиною хвилі менш як 0,28 мкм поглинає озон атмосфери, і воно не досягає земної поверхні.

2. Оптичне випромінювання (УФ-ближнє та ІЧ) чинить на живі організми енергетичну (насамперед теплову), біосинтетичну (фотосинтез, синтез хлорофілу, вітаміну D), морфологічну (визначає величину фітоелементів - стебел, листків), інформативну (фотоперіодизм, фототаксис, морфогенез) і каталітичну (регулювання активності ферментів) дію.

Оптичне випромінювання впливає на:

● інтенсивність синтезу органічної речовини, рівень обміну речовин;

● динаміку росту рослин, урожайність та якість урожаю;

● швидкість розвитку рослин, тривалість міжфазових періодів і вегетації загалом;

● архітектоніку рослинного покриву (просторове розміщення фітоелементів);

● тепловий та водний режими агроекосистеми.

Залежність інтенсивності фотосинтезу від щільності світла (освітленості) виражають світловими кривими (рис.5.3), на яких виділяють:

● компенсаційну точку (світловий компенсаційний пункт), у якій фотосинтез і розщеплення органічної речовини урівноважені (в умовах України відповідає щільності випромінювання 20 - 35 Вт/м²);

● зону оптимального освітлення, або радіації пристосування (інтенсивність фотосинтезу в цій зоні відповідає темпам накопчення біомаси та характеризує світлолюбність рослин);

● точку світлового насичення фотосинтезу - його максимальної інтенсивності за даних умов (з цієї точки на світловій кривій розпочинається рівень «плато», щільність випромінювання 200-250 Вт/м²).

Рис.5.3. Світлові криві (1, 2) та ККД (З, 4) фотосинтезу

світлолюбних (1, 3) та тіневитривалих (2, 4) рослин

(О.М. Шульгін, 1978)

Інфрачервоні (1Ч) промені сприяють посиленню синтезу органічної речовини рослинами через тепловий вплив на організм. Під їх впливом рослини набувають компактнішої будови.

3. Ультрафіолетові (УФ) промені мають високу проникну здатність. Під їх впливом у рослинних і тваринних організмах синтезується вітамін D. Ближнє ультрафіолетове випромінювання майже не чинить негативного впливу на зелені рослини, оскільки тканини їхніх зовнішніх покривів адаптуються до нього в процесі розвитку, а в помірних дозах воно корисне і сприяє нормальному обміну речовин і росту рослин (за експозиції у межах 10 год за умов достатньої освітленості), а дальнє УФ випромінювання – згубне.

Певна кількість УФ-радіації необхідна тваринам для синтезу вітаміну D, надлишкове опромінення може спричинити опіки і подразнення шкіри. Нижчі організми (гриби, бактерії, нематоди тощо) під впливом УФ-випромінювання гинуть за досить короткий час (бактерії – за 7 хв).