3.9. Сонячна радіація як екологічний чинник життєдіяльності організмів

Сонячна радіація є найважливішою умовою існування рослин. Її енергію рослини використовують для створення органічної речовини. Ультрафіолетова радіація сповільнює ростові процеси, але прискорює формування репродуктивних органів. Інфрачервона радіація, яка інтенсивно поглинається листям і стеблами рослин, створює тепловий ефект, який визначає ріст і розвиток рослин. Життя людини і тварин також визначається режимом надходження сонячної радіації – як безпосередньо, так й опосередковано, через ланцюги живлення.

Короткохвильову радіацію, яка відіграє найбільшу роль у забезпеченні діяльності живих організмів, називають фізіологічною частиною спектра. Особливо виділяється сонячна радіація у діапазоні довжин хвиль від 0,38 до 0,71 мкм, оскільки вона найкраще поглинається і засвоюється рослинами. Її називають фотосинтетично активною радіацією (ФАР).

ФАР вимірюють за допомогою фотоінтеграторів, затінених спеціальним екраном, або ж фотопіранометрів, тобто піранометрів, які комплектуються набором світлофільтрів, що відсікають промені з довжинами хвиль коротшими за 0,38 мкм і довшими за 0,71 мкм. Однак прилади для вимірювання ФАР серійно не виготовляються, а тому відомості про ФАР здебільшого отримують шляхом перерахунку інтегральної радіації у фотосинтетично активну з допомогою відповідних множників. Так, для обчислення годинних, добових і місячних сум ФАР за відповідними сумами інтегральної радіації застосовують таку формулу:

,

(3.23)

де  – сума сумарної ФАР,  – сума прямої сонячної радіації,  – сума розсіяної радіації.

Подібно до інтегральної сонячної радіації, величина ФАР залежить від висоти Сонця і стану неба. Нижче показано, як змінюється частка ФАР в структурі прямої сонячної радіації при різній висоті Сонця (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Частка ФАР в інтегральній прямій сонячній радіації при різній висоті Сонця за даними вимірювань у Києві, Йигаві (Естонія) і Тирасполі (Молдова)

Енергія ФАР є необхідною умовою існування і нормальної життєдіяльності рослин. Згідно з існуючими уявленнями, квант ФАР, поглинаючись молекулою хлорофілу, приводить її у збуджений стан, унаслідок чого вона віддає свій електрон, який, мігруючи, витрачає енергію на утворення відновлених форм органічних сполук (Х.Г. Тооминг, Б.И. Гуляев, 1967). Здатністю приводити молекулу хлорофілу у збуджений стан володіє тільки ФАР, що є найважливішою її рисою.

За достатньої забезпеченості водою більша частина поглиненої рослинами радіації (70–90 %) витрачається на фізіологічний процес випаровування води – транспірацію, на теплообмін з повітрям та ін. процеси, а на фотосинтез витрачається вельми незначна її частина. Так, за ефективністю (коефіцієнтом корисної дії – ККД) усі посіви поділяються на звичайні (ККД від 0,5 до 1,5 %), добрі (ККД від 1,5 до 3,0 %) та рекордні (ККД від 3,0 до 5,0 %).

Відомості про ФАР певної території упродовж вегетаційного періоду сільськогосподарських культур є основою для програмування їх врожаю, для досліджень у галузі фотосинтезу, агрометеорології та окремих галузей сільськогосподарської науки.

Фотосинтетичній функції належить вирішальна роль в екологічній спеціалізації видів рослин. Деякі види рослин з так званим кооперативним фотосинтезом краще пристосовані до високого рівня стресових факторів, високої інтенсивності сонячної інсоляції, високих температур, низької водозабезпеченості. В умовах сучасного потепління ця група рослин, яка на 90 % складається з представників родини тонконогових і лободових, отримує безперечні конкурентні переваги у біоценозах (О.Г. Малишев, Г.О. Казидуб, В.І. Затула, 1994). Ці особливості дикої флори необхідно враховувати при вивченні адаптивних можливостей культурних рослин. Зокрема, високим ступенем пристосованості до вирощування в умовах глобальних змін навколишнього середовища вирізняється амарант.

Потужною біологічною дією вирізняється ультрафіолетовий діапазон сонячної радіації. За особливостями біологічного впливу його поділяють на області , і . Область (від 0,40 до 0,32 мкм) характеризується порівняно слабкою біологічною дією, яка спричиняє тільки флуоресценцію низки органічних сполук, а в людини сприяє утворенню пігменту у шкірі (т. зв. безерітемна засмага) і слабкої ерітеми (почервоніння шкіри). Промені області (від 0,32 до 0,28 мкм) виявляють значно сильнішу біологічну дію. Переважно ними зумовлені численні реакції організмів на ультрафіолетове опромінення, зміни у шкірі, крові та ін. З цією ділянкою ультрафіолетових променів пов'язується утворення вітаміну в організмі людини. Потужний біологічний вплив на живі клітини мають промені області (до 0,28 мкм). Бактерицидна дія світла зумовлена переважно ними (А.А. Исаев, 2003).

Величезну роль у житті людини та біосфери в цілому відіграє природна освітленість небозводу і земної поверхні. Щодо неї усі рослини поділяються на світлолюбні і тіневитривалі. Недостатня освітленість спричиняє слабкість стебла і соломини, сповільнює розвиток колосу і початку, знижує вміст цукру та олій в культурних рослинах, утруднює використання ними мінерального живлення й удобрення.

За реакцією на тривалість дня і ночі виділяються: рослини короткого дня, розвиток яких затримується при збільшенні тривалості дня понад 12 год; рослини довгого дня, які вимагають для свого розвитку великої тривалості світлового дня; нейтральні.