Поиск

Фотосинтетическая деятельность посевов озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания
09.12.2014

Вследствие своих биологических особенностей культуры по-разному формируют фотосинтетический аппарат, обусловливают темп прироста и обеспечивают общее накопление биомассы в течение вегетационного периода. Поэтому сравнивать их по продуктивности можно только в рамках одной и той же культуры с учетом зональных особенностей формирования почв и климатических условий.
Минеральные вещества, проникая в лист и включаясь в обмен веществ, естественно оказывают влияние на ход многих физиологических процессов в растении, в том числе на важнейший физиологический процесс - фотосинтез. Все агротехнические мероприятия необходимо приспосабливать к обеспечению оптимальных условий для максимального фотосинтеза. Влияние внешних условий, предшественника следует рассматривать в связи с чистой продуктивностью фотосинтеза. От фотосинтеза зависит жизнедеятельность растения, и наоборот, все процессы метаболизма, роста и развития предопределяют структуру фотосинтетического аппарата и его деятельность. Следовательно, основное внимание необходимо уделять таким признакам и свойствам растений, которые оказывают наибольшее влияние на фотосинтетическую активность, это - размер ассимилирующей поверхности, период, в течение которого условия благоприятны для фотосинтеза, скорость фотосинтеза.
Интенсивность фотосинтетической деятельности посева определяется рядом внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на агробиоценоз как систему. Внешние (экзогенные) факторы -это факторы, не входящие в состав агробиоценоза, но оказывающие решающее влияние на его образование и развитие (приход солнечной радиации, температура и влажность воздуха и содержание углекислоты вне посева, скорость ветра, количество выпадающих осадков, плодородие почвы и др.). Внутренние (эндогенные) факторы присущи самому агробиоценозу. Их можно разделить на две группы: биологические свойства растений, включающие комплекс особенностей растений на клеточном (структура и содержание хлоропластов, устьичный аппарат и т. д.) и организменном (число листьев, соотношение надземной и подземной частей растений и др.) уровнях, архитектонику посева, включающую его состав, строение и свойства среды, входящей в состав системы и связанной с растительным покровом обратными связями (радиационный режим и фитоклимат посева, тепловой и влажностный режим корнеобитаемого слоя почвы, почвенное плодородие).
Часть факторов внешней среды принимает непосредственное участие в энерго- и массообмене (солнечная радиация, содержание CO2, атмосферная и почвенная вода, минеральные вещества), другие являются фоном и определяют условия прохождения биохимических реакций в растениях (температура воздуха, ветер и др.). Существенное влияние на продукционный процесс и формирование урожая оказывают компоненты агробиоценоза, составляющие вместе с культурным видом растений единую систему - сорняки, полезные и вредные насекомые, микроорганизмы и др.
Посев представляет собой оптическую систему, в которой листья поглощают ФАР. В начальный период развития растений ассимиляционная поверхность невелика и значительная часть ФАР проходит мимо листьев, не улавливается ими. С повышением площади листьев увеличивается и поглощение ими энергии солнца. Когда индекс листовой поверхности составляет 4...5, т.е. площадь листьев в посеве 40...50 тыс. м2/га, поглощение ФАР листьями посева достигает максимального значения - 75-80% видимой, 40% общей радиации. При дальнейшем увеличении площади листьев поглощение ФАР не повышается.
В посевах, где ход формирования площади листьев оптимальный, поглощение ФАР может составить в среднем за вегетацию 50-60 % падающей радиации. Поглощенная растительным покровом ФАР -энергетическая основа для фотосинтеза.
Необходимо учитывать также, что общая продуктивность растительного организма определяется не только интенсивностью продуктивного фотосинтеза, представляющего собой разницу между фотосинтезом и дыханием, но и эффективностью использования органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза, а также общим характером ростовых процессов, интенсивностью роста отдельных органов, длительностью периода вегетации, «работоспособностью» листьев - основного органа фотосинтеза, соотношением между интенсивностью образования ассимилятов (источник) и их использованием в процессе роста и развития (сток).
Получение высоких и стабильных урожаев может быть обеспечено путем оптимизации условий их выращивания. Оптимизация в этом понимании включает комплекс антропогенных мероприятий, направленных на обеспечение соответствия условий жизнедеятельности потребностям растений. При этом начальным этапом оптимизации является создание оптимальных условий для фотосинтеза и дыхания.
Органическое вещество парозанимающих культур, разлагаясь, действует положительно на рост и развитие растений озимой пшеницы. Чем больше площадь листовой поверхности пшеницы - тем более комфортно она себя чувствует, и как следствие — созданы наилучшие условия для ее роста и развития (табл. 3.4.1).
Наибольшая площадь листовой поверхности растений озимой пшеницы в фазу выход в трубку была на варианте посева по кулисно-мульчирующему пару - 24,81 тыс.м“/га, что на 0,11 тыс.м2/га больше контрольного варианта - посева по чистому пару и на 1,21-1,43 тыс.м /га превышало показатели по занятым донником и эспарцетом парам.

Фотосинтетическая деятельность посевов озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания

Наибольший прирост листовой поверхности до фазы колошения озимой пшеницы составил по кулисно-мульчирующему пару - 12,49 тыс.м2/га, на чистом пару прирост составил 12,01 тыс.м2/га. По занятым парам наиболее интенсивно нарастали растения озимой пшеницы, посеянной по занятому донником пару - прирост составил 12,44 тыс.м/га. По данному предшественнику наблюдается и интенсивное снижение площади листовой поверхности к фазе молочного состояния зерна - на 22,38 тыс.м2/га. Менее интенсивное снижение наблюдается по пару, занятому эспарцетом и по кулисно-мульчирующему пару - на 21,66 и 20,17 тыс.м /га соответственно. К моменту молочного состояния зерна озимой пшеницы наибольшая площадь листовой поверхности растений была по кулисно-мульчирующему пару - 17,13 тыс.м2/га, что в 1,17 раз превышает показатели по чистому пару и в 1,25-1,27 раз больше площади листьев озимой пшеницы по занятым парам.
На образование сухого вещества большое влияние оказывает солнечная энергия, причем зависимость хозяйственного урожая различных культур от солнечной энергии варьирует соответственно тому, какую часть биомассы он составляет. У зерновых культур тесной зависимости не отмечено, но известно, что определенному урожаю зерна отвечает определенный уровень общего сухого вещества биомассы.
С динамикой увеличения площади листовой поверхности тесно связаны показатели накопления сухого вещества по фазам вегетации (табл. 3.4.2).
Фотосинтетическая деятельность посевов озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания

Так, наибольшее количество сухого вещества сформировали растения озимой пшеницы в фазу выхода в трубку по кулисно-мульчирующему пару - 289,5 г/м2, что на 8,3 г/м больше показателя по чистому пару и на 33,1-37,0 г/м2 больше, чем по занятым парам. К фазе колошения растения озимой пшеницы интенсивно формировали свою надземную массу - увеличение количества сухого вещества по сравнению с фазой выход в трубку составило в 1,75-1,82 раза, а к фазе полной спелости - в 2,94-3,11 раз.
Наибольшее количество сухого вещества к фазе полной спелости сформировала озимая пшеница по кулисно-мульчирующему пару - 873,4 г/м2, что на 47,3-89,2 г/м2 выше показателей чистого и занятых паров. Таким образом, чем большую площадь листьев формируют растения, тем больше они накапливают сухого вещества, так как листовой аппарат растений озимой пшеницы работает более длительный период для создания сухого вещества.
В умеренном поясе основным лимитирующим фактором роста служит энергия солнечных лучей. С ней связано и влияние температуры, зависимость формирования урожая от которой характеризуется: чем больше тепла в пределах оптимальных колебаний для данного вида получают растения, тем лучше они растут. Следует подчеркнуть, что это относится к температурам, при которых активность роста максимальная. Co снижением или, наоборот, повышением температуры относительно оптимальных величин активность роста ослабевает, а при предельных ее значениях (минимальная, максимальная) совсем прекращается. Это является одной из причин, по которым на вариантах с кулисно-мульчирующими парами озимая пшеница имеет большую площадь листьев и накапливает больше органического вещества на единицу площади.
Для комплексной и правильной оценки фотосинтетической продуктивности листового аппарата растений озимой пшеницы используется показатель, который объединяет площадь листовой поверхности растений и продолжительность работы листового аппарата -это фотосинтетический потенциал. Как отмечает А.А. Ничипорович, фотосинтетический потенциал характеризует производительную способность растений как за разные периоды вегетации, так и в целом за вегетацию. При анализе фотосинтетического потенциала растений озимой пшеницы нами установлено, что наилучшие условия для роста и развития созданы по кулисно-мульчирующему пару (табл. 3.4.3).
В межфазный период кущение-выход в трубку фотосинтетический потенциал растений озимой пшеницы по чистому пару составил 704,2 тыс. м2/га*сутки, по занятым донником и эспарцетом парам - на 35,9-42,0 тыс. м2/га*сутки меньше вследствие меньшей площади листовой поверхности растений.
Фотосинтетическая деятельность посевов озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания

От фазы выхода в трубку до колошения наибольшее значение фотосинтетического потенциала было по кулисно-мульчирующему пару - 1066,2 тыс. м2/га*сутки, что на 31,4 тыс. м2/га*сутки превышает показатели по чистому пару и на 69,8-80,3 тыс. м2/га*сутки - больше показателей занятых паров, В среднем за годы исследований фотосинтетическая деятельность посевов озимой пшеницы от фенологической фазы кущение и до колошения по кулисно-мульчирующему пару была больше в 1,03 раза, чем по чистому пару и в 1,07-1,08 раз превышала показатели по занятым парам.
Отличительной особенностью фотосинтеза колосовых злаков типа озимой пшеницы является то, что помимо листьев большой вклад в поглощение углекислоты вносят другие хлорофиллоносные органы (стебли с листовыми влагалищами и колосья). Роль нелистовых органов заметно возрастает после колошения, когда происходит естественное отмирание листовой поверхности. Так, за период трубкование - полная спелость доля стеблей в фотосинтезе посева возрастает от 11 до 93 %. Эта особенность злаковых культур создает определенные затруднения при исследовании их фотосинтеза и при построении моделей фотосинтетической продуктивности посева.
Наибольшая величина чистой продуктивности фотосинтеза растений озимой пшеницы была на вариантах чистого и кулисно-мульчирующего паров (табл. 3.4.4).
В межфазный период кущение-выход в трубку чистая продуктивность фотосинтеза по кулисно-мульчирующему пару составила 4,25 кг/тыс. м2*га/дн., а по чистому пару - на 0,07 кг/тыс. м2*га/дн. больше.
Фотосинтетическая деятельность посевов озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания

По занятым парам чистая продуктивность фотосинтеза была меньше, чем по чистому пару на 0,17-0,20 кг/тыс. м2*га/дн. От кущения до фенологической фазы колошения чистая продуктивность фотосинтеза увеличилась в 1,11-1,14 раз и составила 1,60-4,85 кг/тыс. м2*га/дн. Необходимо отметить, что по кулисно-мульчирующему пару в первый межфазный период определения продуктивность фотосинтеза была ниже, чем по чистому пару на 0,07 кг/тыс. м2*га/дн., во второй межфазный период - больше на 0,06 кг/тыс. м2*га/дн. В среднем за весенний период вегетации растений озимой пшеницы наибольшая чистая продуктивность фотосинтеза была по кулисно-мульчирующему пару - 4,93 кг/тыс. м -га/дн., что в 1,02-1,10 раз больше показателей по чистому и занятым парам.
Таким образом, наиболее оптимальные условия для роста и развития растений озимой пшеницы созданы по чистому и кулисно-мульчирующему парам.
Уровень минерального питания является важным регулируемым фактором интенсификации фотосинтетической деятельности посевов. В литературе имеются многочисленные и довольно противоречивые сведения о влиянии элементов минерального питания на интенсивность фотосинтеза. Процесс фотосинтеза тесно связан с азотным обменом в растении. Поэтому поступление минерального, или биологического азота оказывает существенное влияние на формирование и активность фотосинтетического аппарата. Увеличение содержания азота в растениях после подкормки свидетельствует об активном поглощении и усвоении азота, для связывания которого необходимо достаточное количество углеводов, что, по всей видимости и вызывает активизацию фотосинтеза. Кроме того, происходит замедление естественного старения листьев, в результате чего удлиняется период активной жизнедеятельности растений.
Однако в урожае аккумулируется только часть этой энергии. Коэффициент использования ФАР обычно определяют по отношению к падающей на растительный покров ФАР. Если в урожае биомассы в средней полосе России аккумулировано 2...3 % прихода на посев ФАР, то сухая масса всех органов растений составит 10...15 т/га, а возможная урожайность - 4...6 т зерна с 1 га. В изреженных посевах коэффициент использования ФАР составляет всего 0,5...1,0%.
Основную часть ассимиляционной поверхности составляют листья, именно в них осуществляется фотосинтез. Фотосинтез может происходить и в других зеленых частях растений - стеблях, остях, зеленых плодах и т. п., однако вклад этих органов в общий фотосинтез обычно небольшой. Динамика площади листьев к посеве подчиняется определенной закономерности. После появления всходов площадь листьев медленно повышается, затем темны нарастания увеличиваются. К моменту прекращения образования боковых побегов и роста растений в высоту площадь листьев достигает максимальной за вегетацию величины, затем начинает постепенно снижаться в связи с пожелтением и отмиранием нижних листьев. К концу вегетации в посевах многих культур (зерновые, зерновые бобовые) зеленые листья на растениях отсутствуют.
Площадь листьев различных сельскохозяйственных растений может сильно варьировать в течение вегетации в зависимости от условий водоснабжения, питания, агротехнических приемов. Максимальная площадь листьев в засушливых условиях достигает всего 5...10 тыс.м /га, а при избыточных увлажнении и азотном питании она может превышать 70 тыс. м2/га. Считается, что при индексе листовой поверхности 4...5 посев как оптическая фотосинтезирующая система работает в оптимальном режиме, поглощая наибольшее количество ФАР. При меньшей площади листьев часть ФАР листья не улавливают. Если площадь листьев больше 50 тыс. м /га, то верхние листья затеняют нижние, их доля в фотосинтезе резко снижается. Более того, верхние листья «кормят» нижние, что невыгодно для формирования плодов, семян.
На продолжительность этих периодов и их соотношение влияют различные факторы, в том числе агротехнические. С их помощью можно регулировать процесс нарастания площади листьев и продолжительность периодов. В засушливых условиях густоту растений, а следовательно, и площадь листьев намеренно снижают, так как при большой площади листьев усиливается транспирация, растения сильнее страдают от недостатка влаги, урожайность уменьшается. Слишком большое разрастание площади листьев при достаточном водоснабжении также приводит к нежелательным результатам. Биомасса в этом случае растет довольно высокими темпами за счет вегетативных органов, однако условия формирования плодов и семян ухудшаются. К подобным результатам может привести и чрезмерное загущение растений. Таким образом, получение высоких урожаев связано с оптимальным ходом (графиком) нарастания площади листьев.