2. Фотосинтетический потенциал

Продуктивность посевов определяется наряду с ИФ и ИЛП длительностью функционирования фотосинтетического аппара­та, характеризуемого показателем фотосинтетический потенциал (ФП) посева. Фотосинтетический потенциал - это число «рабо­чих дней» листовой поверхности посева, рассчитываемое как произведение полусуммы площадей листьев за два последующих определения на длительность периода между этими определения­ми в днях. ФП посева тесно коррелирует как с биологической, так и с хозяйственной продуктивностью растений и составляет в Нечерноземной зоне в оптимальных условиях 2,5-3,0 для зерно­вых и 1,5-2,0 млн м² дней/га для картофеля.

По многолетним данным И. С. Шатилова с сотрудниками (1987), каждые 1000 ед. фотосинтетического потенциала посевов формируют 2-3 кг зерна, 5-7 кг картофеля. На избыточном агрофоне эти величи­ны уменьшаются, что свидетельствует об ухудшении баланса уг­лерода в результате снижения показателей фотосинтеза.

По данным В. А. Кумакова (1975), рост урожайности се­лекционных сортов яровой пшеницы обусловлен преимущест­венно увеличением ИЛП и ФП, главным образом верхних листьев, а также доли ФП, приходящейся на период колошение - спелость. Званс с сотрудниками (1975) установил, что колебания зерновой продуктивности наполовину объясняются вариациями ФП.

Наряду с листьями значительный вклад в ФП растения и соответственно ассимиляцию СО₂ вносят стебли, листовые влагалища, плодоэлементы, причем у таких культур, как овес и ячмень, вклад метелки (колоса у ячменя) и листьев примерно одинаков и составляет 35-40 %.

У ржи ведущая роль принадлежит стеблю (50-55 %) и зна­чительно уступают ему листья (20 %). Видимо, поэтому селек­ционерам до сих пор не удается вывести короткостебельные сорта ржи. У пшеницы основной вклад в ассимиляцию СО₂ вносят листья (57 %), особенно флаговый, и лишь затем колос (12 %).

Указанные данные позволили польскому исследователю Е. Нальборчику условно отнести к листовому типу пшеницу, стеблевому- рожь, листа-колосовому- овес и ячмень. К стеб­левому типу относятся также выведенные за последнее десятиле­тие в бывш. СССР и за рубежом сорта зернобобовых культур (горох, люпин, кормовые бобы) с сильно редуцированными лис­товыми пластинками. Они отличаются высокой устойчивостью к загущению, неполегаемостью, а также экономным использовани­ем ассимилированного углерода. Зерновая продуктивность этих форм в расчете на одно растение ниже чем у облиственных форм, а с единицы площади - выше благодаря большей густоте посева. Принадлежность культуры к определенному типу необходимо учитывать при разработке агротехники, обработке посевов регу­ляторами роста и гербицидами.

3. Чистая продуктивность фотосинтеза

Чистой продуктивностью фотосинтеза (ЧПФ) называется накопление биомассы единицей площади листа за единицу времени. Она, как правило, измеряется в граммах сухой массы на 1 м² за сутки, варьируя в зависимости от условий в широком диапазоне [7-20 г/м² сут]. ЧПФ характеризует среднюю эф­фективность фотосинтеза листьев в посеве, но, как и ИФ, слабо коррелирует с конечным урожаем. Она максимальна при низких величинах ИЛП, когда большинство листьев хорошо освещены (рис.). С увеличением ИЛП и соответственно усилением взаимного затенения листьев в посеве, как и при избыточном азотном питании, ЧПФ. ЧПФ не включает фотосинтез нелистовых органов (стеблей, влагалищ листьев, ко­лосковых чешуй и др.), который в определенных условиях, на­пример при дефиците влаги, может вносить существенный вклад в формирование урожая. ЧПФ представляет собой комплексный параметр, определяемый интенсивностью не только фотосинтеза, но и дыхания. При одинаковой скорости этих процессов у двух сортов ЧПФ будет выше у того, у которого больше вклад надзем­ных (фотосинтезирующих) органов в массу целого растения. Произведение ЧПФ на индекс листовой поверхности равно ско­рости роста посева (СРП). Максимальная СРП, по данным Б. И. Гуляева (1989), составила 30-35 и 50-60 г/(м²сут) соот­ветственно для С₃- и С₄-видов.

По мере увеличения периода, в течение которого сохраняются максимальные величины СРП, возрастает также биологическая продуктивность посевов. Эффективность работы фотосинтети­ческого аппарата в посеве, характеризуемая КПД ФАР, достигает в этот период 6-8 %. Однако у большинства важнейших сель­скохозяйственных культур период высокоэффективной работы ценоза весьма непродолжительный.

У зерновых культур велики потери углерода на темповое дыхание, а у таких культур, как сахарная свекла, картофель, - на отмирание ботвы. Поэтому по­тенциальный урожай и значения КПД ФАР за теплый период года у них значительно ниже оптимальных и составляют в пере­счете на хозяйственный урожай для кукурузы при урожае 10 т/га 1,1 %, для пшеницы при урожае зерна 5 т/га около 0,5 %, для сахарной свеклы при урожае сухой массы корнеплодов 17,5 т/га 1,9 %. Средняя в мире урожайность пшеницы составляет 2 т/га, кукурузы - 3,5 т/га, что соответствует значения КПД ФАР со­ответственно 0,2 и 0,4 %.

Посевы по их средним значениям КПД ФАР подразделяют на низкие - 0,5-1,5 %, средние - 1,5-3,0 и высокие - 3,0-5,0 %. Значения КПД ФАР являются основным показателем продук­тивности и урожайности сельскохозяйственных культур. Поэтому повышение значения КПД ФАР в результате применения про­грессивных технологий и максимального использования продук­тов фотосинтеза на формирование урожая представляет собой главную задачу растениеводства и селекции.