6. Пути оптимизации фотосинтетической деятельности посевов

Формирование урожая сельскохозяйственных культур - сложный процесс, результат которого определяется взаимодействием растений с условиями внешней среды. Ведущее место среди последних занимает обеспечение растений ФАР, водой, тепло­той, СО₂, элементами минерального питания. Среди них только влагообеспеченность и почвенное питание поддаются регулированию.

Совершенствование техноло­гии возделывания сельскохозяйственных культур путем оптими­зации внешних условий н соответственно фотосинтетической деятельности посевов для получения высокого и стабильного урожая является задачей программирования урожая. По мнению И. С. Шатилова, важнейшую роль при этом играют правильное применение законов растениеводства и земледелия, а также комплексный учет агрометеорологического, агрофизического и агротехнического факторов.

Первым шагом на пути программирования урожая является выяснение приспособленности гибрида или сорта к режиму ФАР и температуре данного региона. Эта задача решается при помо­щи сопоставления потребности растений в ФАР и теплоте с их ресурсами на данной территории. Так, например, суммарный приход ФАР за период вегетации озимой пшеницы в Московской области составляет 105 кДж/см².

На втором этапе, по мнению Х. Г. Тооминга, необходимо установление потенциально возможного урожая (ПВУ) и реального, или действительно возможного, урожая (ДВУ). Для характеристи­ки ПВУ используется биологический или потенциальный урожай, величина которого определяется потенциальным КПД ФАР и ре­альным приходом ФАР при оптимальных значениях других климатических факторов. ДВУ рассчитывается с учетом потенциаль­ного КПД ФАР при реальных климатических параметрах и высокой агротехнике. ДВУ, как правило, ниже ПВУ, но разницу между ними можно существенно сократить путем оптимизации условий выращивания.

Биологический урожай

где Q - количество ФАР за период вегетации культуры. - заданный КПД ФАР посевов, %; q - теплотворная способность единицы урожая, кДж/кг.

Для расчета урожая зерна при стандартной влажности используют соотношение

где -урожайность зерна или другой продукции при стандартной влажности, т/га; - стандартная влажность по ГОСТУ, %: для зерновых культур - 14, клуб­ней картофеля - 80 и ботвы - 85, многолетних трав на сено-16, а -сумма частей в соотношении основной продукции к побочной в общем урожае биомассы (для озимой пшеницы - 1:1,5 или 2,5 части; овса - 1:1,2; картофеля - 1:0,7; свеклы кормовой - 1:0,4).

Потенциальный урожай зерна и другой основной продукции

У_ПУ = 10⁴

где - урожайность зерна или другой продукции при стандартной влажности, т/га; ___ -КПД ФАР, %. ___ - коэффициент хозяйственной эффективности урожая или доли зерна (клубней, корнеплодов) в общей биомассе (0.4 - для озимой пшеницы); ___ - суммарный за вегетационный период приход ФАР; __ - теплотворная способность.

Основные показатели, которые учитывают при расчете ПБУ по фитометрическим параметрам, это средняя (L_ср) и макси­мальная (L_max) площадь листьев, длина вегетационного периода (T_V), ФП, запланированный выход биомассы и зерна на 1000 ед. ФП (М_ФП), а также средний выход зерна с одного колоса или початка. Поскольку 1000 ед. ФП формируют 2-3 кг зерна, при программировании урожаев, например, озимой пшеницы в 5 т/га зерна (У_з) за период ее вегетации 100 дней (T_V = 100) суммар­ный ФП должен составить 2,5 млн м² гадн):

ФП = 10³(У_з:М_ФП),

ФП = 10³ тыс. м²дн/га (5 т/га : 2 кг) = 2,5 млн. м²дн/га.

Зная ФП и Т_V, можно определить средний размер площади листьев:

L_ср = ФП : Т_V = 25 тыс. м² /га.

К фазе колошения такой посев должен иметь L_­max = 25000 м²/га  1,83 = 45800 м²/га.

Однако решающими при этом являются условия питания и влагообеспеченности. Поэ­тому следующим, третьим этапом программирования является обеспечение посевов оптимальным количеством воды и NPK. Оптимизация питания путем внесения расчетных доз удобрений при достаточной водообеспеченности в 1,5-1,7 раза повышает поглощение СО₂ и ФАР во все фазы развития растений в посеве при существенном увеличении ФП. Удобрения оказывают прямое и опосредованное влияние на фотосинтез и фо­тосинтетическую продуктивность посевов.

На посевах, где режим ФАР не лимитирован (изреженные посевы) с ростом дозы минеральных удобрений отмечается увеличение ИФ в расчете как на единицу площади листа, так и посева.

В нормально развитых посевах режим ФАР становится лимитирующим фактором, что при ин­тенсивном накоплении фитомассы приводит к снижению ИФ единицы площади листа. Однако фотосинтез единицы площади посева за счет роста ИЛП возрастает.

КПД приходящей ФАР при внесении оптимальных доз минеральных удобрений под ку­курузу на чернщземах, по данным Б. И. Гуляева в 1,57-1,64 раза выше контроля, а КПД поглощенной ФАР - в 1,35-1,38 раза. Максимальное значение КПД, приходящей ФАР, равное 6,7- 7,5 %, наблюдалось в период цветения метелки - цветения по­чатка при внесении оптимальной дозы удобрений - N₁₅₀P₉₀.

При недостатке влаги внесение удобрений практически не влияет на значения КПД ФАР. Для нормального фотосинтеза содержание волы в листьях должно составлять 75-80 % с неко­торыми вариациями для отдельных культур: 81-83 % для сахар­ной свеклы, 76-78 % для кукурузы. Ухудшение режима влаго­обеспеченности может существенно снизить (вплоть до нуля) ИФ и фотосинтетическую продуктивность. При этом реакция листьев разных ярусов в посеве, например, кукурузы заметно различается. Так, нижние листья фотосинтезируют лучше, чем при орошении, что свидетельствует о смещении зоны высокой фотосинтетической активности от верхних к нижним листьям, наиболее устойчивым к неблагоприятным условиям.

Если при орошении растений дневной ход ИФ следует за ходом радиации, то при дефиците влаги в почве наблюдается полуденная депрессия фотосинтеза. Особенно вредно сочетание почвен­ной и воздушной засух, характеризуемое водным дефицитом листьев.

По данным Х. Н. Починка (1965), у кукурузы заметное снижение ИФ наступает при водном дефиците, равном 7 %, а компенсационный пункт- при 17 %·

Таким образом, при опре­делении расчетных доз удобрений при программировании урожаев важно учитывать не только потребность растений и почвенное плодородие, но и зависимость эффективности удобрений от ус­ловий влагообеспеченности.

Существенным средством оптимизации фотосинтетической деятельности посевов, позволяющим косвенно влиять на фото­климат посевов, и в особенности на радиационный режим, явля­ется структура посева, характеризующаяся густотой, шириной междурядий, способом расположения растений в рядках. Так, в современных технологиях озимой пшеницы используют узко­рядный посев с шириной междурядий 7,5 см, сплошной - 15 см, а в семеноводческих хозяйствах, кроме того, ленточный трехрядный с расстоянием между лентами 45 см, а в ленте - 15 см.

Урожай зерна и количество поглощенной ФАР оказались максимальными при сплошном посеве, наименьшими - при ленточном, хотя эффективность использования ФАР в последнем случае оыла максимальной: для получения 1 ц зерна пше­ницы ленточный посев расходует 10,2 МДж/м² сплошной - 11.1 и узкорядный - 12 МДж/м² энергии. Растения ленточного посева, хотя и фотосинтезируют на 40-60 % интенсивнее, чем растения узкорядного посевам зна­чительно уступают последнему по густоте продуктивного стебля. Вместе с тем при узкорядном посеве только 10-14 % ФАР поступает в нижнюю часть растительного покрова, в то время как в ленточном посеве- до 35 %. Вследствие этого диаметр соломины (3,1-3,7 мм) в нижнем междоузлии у растений уз­корядного способа посева на 30-40 % меньше, чем при лен­точном способе, что определяет слабую устойчивость узкоряд­ны_ посевов к полеганию и соответственно меньший КПД поглощенной ФАР.

Увеличению поглощения ФАР способствует возможно ранний посев (быстрое формирование оптимального ИЛП, совпадающего по времени с максимальным развитием листового покрова и наибольшим среднедневным приходом сол­н. радиации (см. рис.).