1.2.2.1. ПОСІВ ЯК ФОТОСИНТЕЗУЮЧА СИСТЕМА

Фотосинтетично активна радіація (ФАР). Рівень поглинання ФАР посівами польових культур. Посіви польових культур — могу­тні фотосинтезуючі системи, які за здатністю поглинати сонячну енергію набагато (у 2 — 5 разів) перевищують природні угіддя, в то­му числі луки, пасовища і лісові насадження.

Листя, як відомо, є основним органом фотосинтезу, хоч частково цю роль виконують також зелені стебла, суцвіття на початку їх утворення і навіть корені (наприклад, опорні корені у кукурудзи).

Фотосинтез — основне джерело формування біомаси рослин. Він також забезпечує енергією всі процеси росту, обміну енергії. Соняч­на радіація забезпечує, крім того, тепловий і водний баланс у всій біосфері.

Інтегральна сонячна радіація, як відомо, складається з ультра­фіолетового (290 - 380 нм), видимого (380 - 750 нм) та інфрачерво­ного (750 — 3000 нм) випромінювання.

Монохроматичні сонячні випромінювання в складі видимого спектра по-різному впливають на фотосинтезуючі системи, мають неоднакову енергію (найбільша в синього та червоного, ультрафіо­летове  і  інфрачервоне  безколірні,   невидимі  випромінювання).

Ультрафіолетове випромінювання має стерилізуючу, мутагенну і бактерицидну дію, інфрачервоне — теплову. Все це потрібно врахо­вувати при вирощуванні сільськогосподарських культур і в селек­ційному процесі.

Рослини поглинають випромінювання, що знаходиться в діапазоні видимої частини спектра (довжина хвиль від 380 до 720 нм). Це так звана фотосинтетично активна радіація (ФАР). У межах 400 — 700 нм вона поглинається хлорофілом рослин у присутності каротиноїдів. 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, при­родні угіддя, луки, ліси, планктон — 0,4 %.

Посів як фотосинтезуюча система при інтенсивному вирощуванні польових культур може поглинати 2 — 3 і навіть більше відсотків ФАР (максимально в природних умовах 8 — 10, теоретично можливе поглинання за ідеальних умов фотосинтезу 28 — 30, наближених до них — 19 — 20 %). При цьому кількість біомаси, що сформувалася в процесі фотосинтезу з розрахунку на 1 % поглинання ФАР, у різних зонах неоднакова. На широті Санкт-Петербург — Вологда це при­близно 25 ц/га зерна, на широті Мінськ — Москва — 30, Київ — Хар­ків — 40, Одеса — Херсон (в умовах зрошення) — 60 ц/га.

Велике значення для продуктивної роботи посіву як фотосинте-зуючої системи має оптимізація теплового, водного, повітряного та поживного режимів.

Площа листкової поверхні посіву. 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, коренів, бульб, різних плодів, які є метою посіву, і листкову масу культур, які вирощують для одержання кормів (зелених, сіна, сінажу та ін.). У першому випадку надлишкова листкова поверхня не сприятиме високій врожайності культури, оскільки частина листків буде заті­нена верхніми ярусами її. Крім того, ця затінена частина листків не лише не дає продуктивної віддачі, а є по суті зайвою, оскільки для її формування використовується багато поживних речовин.

Дослідженнями встановлено, що для озимих і ярих зернових, картоплі, кукурудзи, сорго, коренеплодів, соняшнику, баштанних культур оптимальною площею листкової поверхні на 1 га посіву бу­де від 40 — 50 до 60 тис. м2 на гектар або від 4 — 5 до 6 м2 на 1м2 посіву, тобто листковий індекс у посіві становитиме відповідно 4/1, 5/1, 6/1.

Рівень поглинання сонячної радіації залежить від будови лист­ка, його орієнтації відносно сонячного проміння. Тому густота стеб­лостою сортів з еректоїдною будовою листя може бути більшою порів­няно із сортами і гібридами, наприклад, пшениці і кукурудзи, у яких листки мають вигляд параболи. Відтак, відповідно збільшу­ється і площа фотосинтетичної поверхні посіву, що є передумовою його високої продуктивності.

Оптимальна площа листкової поверхні (40 — 60 тис. м2/га) має припадати на період активної вегетації рослин (початок генератив­ного періоду до утворення плодів, наливу зерна, молочної стиглості, залежно від виду культури). Цей період короткий у багаторічних і однорічних трав, озимих і ярих злакових; триваліший у кукурудзи, гречки, гороху, сої; досить тривалий у коренеплодів і особливо у ба­штанних, у яких паралельно відбуваються цвітіння і утворення плодів. Це характерно також для гречки, буркуну та інших культур.

Продуктивність фотосинтезу, фотосинтетичний потенціал посіву. 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 (ЧПФ) буде нижчою (3 — 4 г), але завдяки збільшенню густоти стояння рослин на одини­цю площі посіву буде асимільовано більше органічних речовин. Так, при загущенні посіву середньоранніх гібридів кукурудзи на силос з 60 до 100 — 120 тис. рослин на гектар ЧПФ у фазі 12 листків знижу­ється на 1,5 — 2 г, або на 30 — 40 %, але це компенсується збільшен­ням густоти стеблостою.

Крім чистої продуктивності фотосинтезу використовують такий показник, як фотосинтетичний потенціал посіву (ФПП). Він означає сумарну листкову поверхню, яка брала участь у фотосинтезі від поча­тку вегетації до закінчення фотосинтезу. Для визначення ФПП обчи­слюють спершу середню площу листкової поверхні міжфазних пері­одів вегетації. Наприклад, у кукурудзи від фази 5 листків до фази 12 листків площа листкової поверхні зросла з 4 до 36 тис. м2/га. Серед­ній показник становитиме (4 + 36) : 2 = 20 тис. м2/га. Міжфазний пе­ріод вегетації тривав 40 днів. Добуток становить 800 тис. м2/га. Так само підраховують сумарну площу листків наступних міжфазних пе­ріодів: 12 листків — викидання суцвіть; викидання суцвіть — моло­чна стиглість; молочна стиглість — молочно-воскова (або воскова) стиглість. Сума цих показників робочої поверхні листків по міжфа­зних періодах становить загальну площу листкової поверхні, яка брала участь у фотосинтезі за весь період вегетації культури — су­марний фотосинтетичний потенціал посіву (СФПП).

У різних культур СФПП може дорівнювати 1,5 — 2,5 — 3 до 4 на гектар. Він залежить від різних факторів — виду, сорту культур, густоти посіву, умов живлення, зволоження, освітлення, температу­ри повітря, ґрунту та ін.

Рослини більш пізніх сортів і гібридів польових культур розви­вають відповідно більшу поверхню листя і довше вегетують. В ре­зультаті одержують високі врожаї зерна, коренів та іншої продукції.

Загущення посіву, засвоєння ФАР, продуктивність культури. В посівах багатьох кормових культур урожай — це листостеблова ма­са. Чим більше в ній листя, тим цінніший корм. Загущення, напри­клад, кукурудзи з 60 до 250 - 300 тис./га і навіть більше при достат­ньому фонові мінерального (передусім азотного) живлення сприяє збільшенню площі листків до 80 — 120 тис./м2, а вміст їх в урожаї листостеблової маси підвищується з 38 — 40 до 48 — 54 %. Звичайно, в такому посіві значна частина нижніх листків буде частково заті­нена верхніми ярусами, проте, як показують спостереження, навіть за цієї умови велике загущення рослин сприяє інтенсивному нагро­мадженню вегетативної маси і сухих речовин на одиницю площі посіву: за 55 - 60 днів одержують такий самий урожай, як і за 90 -100 днів при вирощуванні кукурудзи на силос з густотою 60 — 70 тис. рослин на гектар. Отже, достатній рівень живлення рослин і оптимальне зволоження — важливі фактори інтенсивного фотосин­тезу при одержанні листостеблової маси на корм. При цьому соняч­ного освітлення в умовах України цілком достатньо для отримання за вегетаційний період культури високого врожаю кормової маси.

Узагальнюючим показником продуктивності різних культур є вихід сухої речовини господарсько цінної маси врожаю рослин (лис­тя + стебла + зерно, корені + гичка та ін.). Для умов України добри­ми показниками продуктивності польових культур є 70 — 80, висо­кими — 100 — 120, дуже високими — 140 — 160 ц/га сухої речовини. Добрі показники одержують, наприклад, при вирощуванні ярих зер­нових — ячменю, вівса, а також гороху, бобів, ранніх ярих кормосу-мішей. Високі показники виходу сухої речовини господарсько цін­ного врожаю одержують у посівах озимих зернових — пшениці, яч­меню, багаторічних трав при задовільному зволоженні.

При вирощуванні кукурудзи на зерно і силос, цукрових і кормо­вих буряків, загущених посівів кукурудзи на зелений корм, люцер­ни на зрошенні одержують 140 — 160, а на зрошуваних полях — 160 — 180 і навіть 200 — 220 ц/га сухої речовини. Так, на дослідному полі Уманської сільськогосподарської академії у вологому 1985 р. було отримано 1140 ц/га зеленої маси суміші кукурудзи із судан­ською травою і соєю, в тому числі дві отави суданської трави, куку­рудзи з бобами — 940 ц/га. Навіть суміш кукурудзи з горохом на корм, який негативно впливає на її ріст, забезпечила високий вихід сухої речовини. При одержанні таких врожаїв вихід сухої речовини становив відповідно 205 і 150 ц/га.

Поглинання фотосинтетично активної радіації (ФАР) такими по­сівами досягає 3,4 — 4,6 %, для широти Умань—Полтава це висо­кий показник. Звичайні ж коефіцієнти використання ФАР, як уже зазначалося, становлять лише 1,2 — 1,5. Такі показники врожайнос­ті і ФАР свідчать про величезні можливості підвищення продуктив­ності полів України.

Виділення кисню посівами у процесі фотосинтезу. Останнім ча­сом звертається увага на такий біолого-екологічний показник, як виділення кисню посівами у процесі фотосинтезу.

Високопродуктивні фотосинтезуючі системи, які забезпечують високі врожаї, економічно вигідні: чим більший урожай біомаси, тим більше використано вуглекислоти (СО2), якої в повітрі буває надлишок. Разом з тим з такого посіву виділяється і більше кисню.

За показниками виділення кисню польові фотосинтезуючі систе­ми, зокрема, цукрових буряків, кукурудзи, пшениці набагато пере­вищують природні, в тому числі й ліси, оскільки на 1 га посіву фор­мується за вегетаційний період у 2 — 3 рази більша біомаса порівня­но з біомасою лісу. За даними німецьких учених, найбільше кисню виділяє поле цукрових буряків. Однак при висіванні пізньостиглих сортів або гібридів кукурудзи і врожаї силосної маси 600 ц/га (150 -160 ц/га сухої речовини) кількість кисню, виділеного цим посівом у процесі фотосинтезу, буде не меншою, ніж на плантації цукрових буряків. Більше того, за умов достатнього зволоження і загущеності посіву кукурудзи до 400 — 450 тис. рослин на 1 га за 60 днів вегета­ції можна отримати 1000 ц/га зеленої маси, або 170 - 180 ц/га сухої речовини і, крім того, мати ще додатковий врожай біомаси за раху­нок післяукісного посіву на цій площі. Виділення кисню на такому полі переважатиме показники по зазначених вище культурах. Ці питання мають велике екологічне значення, як і питання підви­щення продуктивності агрофітоценозів.

Вплив різних факторів на фотосинтез посіву. Для створення оп­тимальних умов фотосинтезу велике значення має просторове і кі­лькісне розміщення рослин на площі, яке забезпечується способом сівби і нормою висіву насіння.

Кращі умови для фотосинтезу створюються при наближенні площі живлення рослин до квадратної. Для цього слід якомога біль­ше розосередити рослини на площі. В широкорядних посівах цього досягають, висіваючи рослини в рядку через відповідний інтервал, застосовуючи пунктирну сівбу сівалками точного висіву, а також, по можливості, звужуючи міжряддя. Так, кукурудзу на силос і навіть на зерно при задовільному зволоженні можна сіяти з шириною міжрядь 45 см замість загальноприйнятої 70 см. Зернові і ярі хліба, гречку, просо сіють при звужених міжряддях — 7,5 см замість 15 см. Останнім часом застосовують так звані розосереджені — безрядні, або надвузькорядні, способи сівби, розміщуючи насіння по борозен­ках з відстанню між ними 4,0 — 4,5 см (Національний аграрний уні­верситет, Харківський ДАУ, Уманська ДАА Подільська аграрно-технічна академія та ін.). Однак розосереджений спосіб сівби не завжди можливий, особливо на суглинкових ґрунтах при ранньове­сняних строках сівби, оскільки забивається сошник (за даними ка­федри рослинництва Уманської ДАА).

Розосередженим способом сівби можна висівати навіть цукрові буряки, кукурудзу на зерно і силос, але для цього слід розробити відповідну технологічну систему збирання врожаю, придбати необ­хідні збиральні машини відповідної конструкції.

На формування фотосинтетичної поверхні посіву впливають як біотичні, так і абіотичні фактори. З біотичних факторів це строк сів­би, норма і глибина висіву, ґрунт, система удобрення, зрошення то­що. Вони сприяють використанню абіотичних факторів — сонячного світла, опадів, а також зменшенню негативного впливу екстремаль­них показників вологості повітря і ґрунту.

При розміщенні посівів слід враховувати орієнтацію їх щодо сто­рін світу, напрямок експозиції схилу. Оптимальне положення лист­кових пластинок відносно сонячного проміння за однакових умов освітлення, зволоження і поживного режиму може забезпечити різ­ке збільшення продуктивності посіву.

Велике значення для функціонування листкової поверхні має підбір таких сортів, які мало ушкоджуються шкідниками і хвороба­ми, застосування як біологічних, так і хімічних препаратів, які б не ушкоджували листя. Так, останній (прапоровий) листок озимої пшениці, не ушкоджений іржею чи іншими подібними збудниками хвороби, забезпечує додатково близько 20 - 25 % приросту врожай­ності, оскільки врожайність зерна великою мірою залежить від вмі­сту пластичних речовин при його дозріванні.

Отже, для формування посіву як фотосинтезуючої системи слід враховувати багато факторів, серед яких важливе значення має сорт (гібрид), його екологія і біологія, комплекс агротехнічних заходів.