3. Поняття про фотосинтез

Інтегральна сонячна радіація складається з ультрафіолетового (290–380 нм), видимого (380–750 нм) та інфрачервоного (750–3000 нм) випромінювання.

Рослини поглинають випромінювання, що перебуває в діапазоні видимої частини спектра (довжина хвиль від 380 до 720 нм). Це так звана фотосинтетична активна радіація (ФАР). На 1 га. посіву за вегетаційний період (весна – осінь), залежно від кліматичної зони, надходить величезна кількість ФАР – від 4,19–6,29 млрд. Дж/га в північних районах до 33,4–41,8 у середній Азії. Культурні рослини поглинають у середньому 1,3 % ФАР.

Усі зелені рослини здатні самостійно створювати органічну масу. Процес утворення органічних речовин з неорганічних (вуглекислого газу – СО₂ і води Н₂О), що відбувається за наявності хлорофілу під впливом сонячної енергії, називають фотосинтезом. У процесі еволюції сформувався спеціальний орган фотосинтезу – листок.

У фотосинтезі беруть участь стебла, листки, суцвіття. Основна роль у процесі фотосинтезу належить листкам рослин. Із загальної кількості фотосинтезованих органічних речовин на долю листків припадає 60-95%, решта утворюється іншими зеленими органами.

Для оптимального проходження фотосинтезу посів повинен мати певну площу листкової поверхні. Проте слід розрізняти листкову поверхню як засіб нагромадження пластичних речовин для формування врожаю зерна, бульб, плодів, які є метою посіву, і листкову масу культур, які вирощують для одержання кормів. У першому разі надлишкова листкова поверхня не сприятиме високій урожайності культури тому, що частина листків буде затінена її верхніми ярусами.

Площу листкової поверхні можна визначити методом “висічок”, який базується на визначенні площі і маси певної кількості (20-50) висічок, а також маси листкової поверхні всієї проби і подальших розрахунків листкової поверхні проби за формулою 1:

(1)

де: S – площа листкової поверхні, см²; K – кількість висічок, шт.; Y – площа однієї висічки, см²; P – маса висічок, г; B – маса листків, г.

Показником оптимального проходження фотосинтезу є кількість пластичних речовин на одиницю листкової поверхні, що їх нагромаджує посів. Вважається оптимальним, коли на 1 м² площі листків у зернових, коренеплодів, картоплі та інших культур асимілюється 4-6 г органічної речовини за добу. У загущених посівах цих та інших культур чиста продуктивність фотосинтезу буде нижчою (3 - 4 г), але завдяки збільшенню густоти стояння рослин на одиницю площі посіву буде асимільовано більше органічних речовин.

Чисту продуктивність фотосинтезу визначають за формулою Кідда-Веста-Бріггса (2):

(2)

де: ЧПФ – чиста продуктивність фотосинтезу, г/см² за добу; В₁, В₂ – маса сухої речовини з 1 м² на початку та в кінці облікованого проміжку часу, г; Л₁, Л₂ - площа листкової поверхні з 1 м² на початку та в кінці облікового проміжку часу, м²; Т – кількість днів між першим та другим визначенням.

Сумарну потужність листкового апарату посіву характеризує фотосинтетичний потенціал (ФП). Він являє собою суму площ листкової поверхні за всі дні вегетації або як добуток середньої площі листків на 1 га за вегетацію (Л_СР) на кількість днів активної вегетації (Т_В):

ФП = Л_СР Т_В (м²• дн/га) (3)

Кожна одиниця ФП забезпечує одержання певної кількості органічної маси або господарсько цінної частини врожаю. Для різних культур ця величина неоднакова. Підрахунки показують, що кожний метр листкової поверхні ФП озимої пшениці забезпечує 1,5-3 г зерна, жита – 1,3-2,5, кукурудзи – 2-3,5 г зерна, 13-20 г зеленої маси, ячменю – 1,5-З, гречки – 1,2-1,7, гороху – 1,5-2,5, сої – 1,2-2, проса – 1,3-2,7, картоплі – 8-10 г бульб, буряків - 10-20 коренеплодів, льону – 2-3 г соломи.

Оптимальну структуру мають посіви, в яких площа листків швидко наростає до 40 тис. м² / га і по можливості довго зберігається на цьому рівні в активному стані, в кінці вегетації значно зменшується або повністю відмирає, віддаючи накопичені пластичні речовини генеративним органам, тобто господарсько-цінній частині врожаю.

Фотосинтез відіграє вирішальну роль у формуванні врожаю. Урожай біомаси на 90-95% формується в процесі фотосинтезу.

Підвищити ефективність фотосинтезу можна такими заходами: збільшити коефіцієнт використання сонячної енергії завдяки рівномірному розміщенню рослин на полі, оптимальній густоті рослин; збільшити розміри листків і освітлену площу листкової поверхні; покращити умови проходження фотосинтезу – забезпеченість водою, вуглекислим газом, мінеральними речовинами; впровадити сорти з інтенсивними ростовими процесами та високою адаптивною здатністю.

Коефіцієнт поглинання ФАР росте до тих пір, поки площа листків не досягне 40-50 тис.м²/га. Подальший ріст площі листків є малоефективним. Змикання травостоїв приводить до взаємозатінення, зменшення освітленості листків нижніх і середніх ярусів. Загущення посівів часто спостерігається внаслідок завищення норми висіву.

Кращі ті сорти, що мають вертикальне розміщення листків. Нижні листки отримують достатню кількість світла і оптимально фотосинтезують.

Головною умовою високої продуктивності посівів є тривале збереження у доброму функціональному стані фотосинтезуючих органів рослин за допомогою агротехнічних і хімічних заходів.