Землеробство

1.2.2. Світловий режим

Світло має велике значення в житті рослин. Під його впливом у рослинах відбувається фотосинтез, завдяки чому рослина створює органічні речовини, а в повітря виділяється кисень, необхідний для дихання всіх організмів. У зв´язку з цим фотосинтез називають повітряним живленням, хоча при фотосинтезі використовується не тільки вуглекислий газ, а й вода, і розчинні в ній сполуки азоту, фосфору, калію та інших елементів, які поглинаються із ґрунту в процесі кореневого живлення.

Світло помітно впливає на ріст і розвиток рослин. При недостатньому освітленні порушується нормальний ріст і в більшості рослин формуються видовжені тонкі стебла. Недостатня інтенсивність світла негативно впливає на якість врожаю - знижується вміст білка в зернових, цукру - в буряках, крохмалю - в картоплі, жиру - в насінні соняшнику тощо.

Фотосинтезу належить провідна роль в утворенні органічної речовини рослин. Завдяки цьому процесу утворюється 95% маси сухих речовин рослин. Тому керування фотосинтезом посіву - один з найефективніших шляхів управлінням продуктивністю рослин.

До найважливіших факторів, що визначають рівень продуктивності посівів сільськогосподарських культур, належать: енергія сонячного світла, яку забезпечує проходження фотосинтезу; забезпечення посівів вуглекислим газом; рівень мінерального живлення, умови водопостачання та тепловий режим.

Основне завдання землеробства - використання енергії сонячної радіації з найбільшим коефіцієнтом корисної дії.

Необхідність переходу до біологічно чистої енергозберігаючої технології вирощування сільськогосподарських культур зумовлює максимальне використання потенційних можливостей рослин при спрямованому для цього керуванні життєво необхідними факторами їх життя.

За сучасними уявленнями, оптимальні за структурою, рівнем забезпеченості водою, мінеральним живленням та вуглекислим газом посіви найпродуктивніших сортів можуть використовувати 4-5% ФАР (фотосинтетично активної радіації) на фотосинтез та нагромадження органічної речовини. Але при середніх урожаях по країні (25-30 ц/га) зернові культури використовують не більше ніж 0,6-0,9% ФАР. Отже, для збільшення врожаю цих культур існують великі резерви. Важливим для дальшого зростання його є створення високопродуктивних сортів та гібридів, які характеризуються підвищеною фотосинтетичною активністю, а також розроблення науково обґрунтованих технологій їх вирощування.

Формування більшої чи меншої асимілюючої поверхні всіх листків рослин, як правило, позначається на їхній загальній продуктивності. Можлива поверхня листя різних рослин різна. На 1 м² посіву площа листяної поверхні в рослин така (м²): зернові рослини - 8, бобові трави - 12, бавовник і цукрові буряки - 5, картопля - 3,7.

Поряд з листками у створенні біологічного врожаю сільськогосподарських культур у фотосинтезі беруть участь і стебла. Інтенсивність фотосинтезу колосу, наприклад, безостої пшениці сорту Миронівська 808, невисока - вона лише компенсує витрату енергії рослин на нічне дихання за період від з´явлення колосу до повного достигання зерна. В остистих сортів участь колосків у фотосинтезі значно більша, ніж у безостих.

Валова продуктивність фотосинтезу залежить від середньої за обліковий або за весь період вегетації інтенсивності фотосинтезу, площі листків і тривалості процесу.

Валова продуктивність фотосинтезу зумовлюється також оптимальною асиміляційною поверхнею та тривалості її роботи. Проте ще не всі можливості використовуються для підвищення продуктивності синтезу. Найскладнішою є проблема підвищення інтенсивності фотосинтезу, на яку впливають такі фактори зовнішнього середовища, як концентрація вуглекислоти в повітрі та ґрунті, інтенсивність світла, температури і вологість ґрунту і повітря, вміст мінеральних поживних речовин у ґрунті.

Дослідження показують, що середній вміст СО₂ в повітрі, який становить 0,03%, мінімальний для рослин. Тому збільшення його концентрації завжди сприяє підвищенню енергії фотосинтезу і є корисним для рослин.

Установлено, що в процесі фотосинтезу сільськогосподарські рослини на 1 га посіву за звичайних умов росту засвоюють з повітря за добу в середньому 120-250 кг СО₂. Для створення врожаю озимої пшениці 40 ц/га рослини повинні поглинути з повітря не менше ніж 20-25 т СО₂. Така кількість СО₂ міститься в шарі повітря заввишки 200 м на 1 га посіву.

Розподіл СО₂ в різних шарах атмосфери неоднаковий. Найбільша його кількість міститься в приземному шарі, а також у повітрі ґрунту. Особливо багато СО₂ в ґрунтовому повітрі орного шару, де його кількість досягає 0,12-2,5%. Значна концентрація СО₂ в ґрунті (вище 1%) токсична для коренів рослин, життєдіяльності більшості аеробних мікроорганізмів.

У сонячні дні при енергійному фотосинтезі вміст СО₂ в повітрі, яке оточує рослину, зменшується до 0,012%. Основним джерелом поновлення СО₂ приземного шару повітря є ґрунт, де він утворюється внаслідок дихання мікроорганізмів, розкладання органічної речовини, добрив, рослинних решток, а також завдяки диханню кореневої системи рослин. На величину утворення та інтенсивність виділення СО₂ з ґрунту впливають запаси органічних речовин і елементів мінерального живлення в ґрунті, вологість, температура, структура, його будова тощо.

Різні ґрунти виділяють неоднакову кількість СО₂: піщаний неудобрений за 1 год на 1 га в середньому 2 кг, суглинок - 4, багаті перегноєм чорноземи різних типів - від 10 до 25, середньо удобрений ґрунт - 5 кг. Тому внесення органічних і мінеральних добрив, поліпшуючи живлення рослин, посилює процес утворення СО₂ ґрунтовими мікроорганізмами.

Променева енергія сонця у більшості випадків впливає на особливості процесів росту, форму і розміщення листків у рослин та ін. Вона бере участь не тільки у формуванні органічної речовини, а й у її перетворенні й відкладанні, впливає побічно та безпосередньо на процеси загартування рослин і на посухостійкість. Світло також впливає і на формування органів рослин.

У похмуру погоду або в загущених осінніх сходах у злаків конус наростання основного стебла та пагонів завжди виноситься (піднімається) ближче до поверхні ґрунту, їх ріст за умов недостатнього освітлення припиняється із запізненням. Все це зумовлює невелику продуктивність таких сходів. Науковими дослідженнями встановлено, що у зв´язку з різною інтенсивністю освітлення неоднаково відбуваються біологічні, фізіологічні та біохімічні процеси в рослинах, що в кінцевому результаті впливає на вміст хлорофілу, анатомію, морфологію окремих органів та габітус рослин. Світловий режим озимої пшениці впливає не тільки на розвиток, а й на процеси росту, висоту стебла, кількість листків, довжину та ширину листкової пластинки. У середньому вглиб травостою пшениці надходять тільки 15-20% сонячної радіації.

Для нормального росту і розвитку рослин озимої пшениці необхідна мінімальна інтенсивність освітлення - 1,8 тис. люксів. Пряме сонячне світло опівдні дає 30-40 тис. люксів. Недостатнє освітлення може послаблювати фотосинтез, що негативно впливає на врожай, а в поєднанні з багатим азотним фоном призводить у зернових культур до різкого збільшення стерильності квіток.

Оптимальна інтенсивність освітлення є необхідною умовою, яка забезпечує високу фотосинтетичну активність рослин, формування високопродуктивних репродуктивних органів.

Важливим якісним показником стану посівів, здатних з великим ККД засвоювати енергію світла та СО₂ з повітря, є досить висока оптична діяльність при великій сумарній поверхні асимілюючих органів, головним чином листків.

Зміни в інтенсивності освітлення часто тісно пов´язані із змінами температурного режиму ґрунтів і посівів. Останні помітно впливають на проходження мікробіологічних процесів у ґрунті, а тим самим і на поживний режим ґрунту. Тому питання впливу світла на рослини є важливим як з теоретичної, так і з практичної сторони. Оптимальний світловий режим посіву можна створити відповідною нормою висіву, способами сівби, розміщенням рослин та площі, кількістю їх у рядках та ін. Цими заходами можна помітно збільшувати коефіцієнт корисної дії фотосинтезу. Підраховано, що на поверхні Землі теоретично максимально можливе значення ефективності природного світла для фотосинтезу становить 16-24%.

Для підвищення продуктивності озимих культур, багаторічних трав, велике значення має період весняного відновлення вегетації. Залежно від часу весняного відновлення вегетації рослини дістають різні дози стартової світлової і теплової енергії. На одних культурах вплив цього важливого екологічного фактора проявляється відразу ж після пробудження. При ранніх строках відростання озимі сильніше кущаться і вкорінюються, в них розвивається більша площа листкової поверхні, їхній фотосинтетичний потенціал підвищується. Ранній період відновлення вегетації озимини позитивно впливає на ріст вегетативної маси, освітленість у нижніх ярусах стеблестою, що призводить до формування міцних нижніх міжвузлів і стійкості рослин проти вилягання.

Пізнє відновлення вегетації зумовлює формування низькорослих рослин, зрідженість стеблестою і зниження продуктивності культур.

Культурні рослини по-різному реагують на загальну кількість світла протягом вегетації і на тривалість світлового дня. Одні рослини швидше достигають при довгому світловому дні, інші - при короткому. До рослин довгого світлового дня умовно належать жито, пшениця, овес, ячмінь, вика, горох, льон, картопля, а до рослин короткого дня - просо, сорго, соняшник, кукурудза, соя, квасоля, бавовник та ін.

Щодо вимогливості рослин до освітлення розрізняють світлолюбні рослини, які вирощують на півдні, й менш світлолюбні. Заходами агротехніки можна поліпшувати умови освітлення культур. Це досягається вибором способу сівби та густого висіву, а також спрямуванням рядків з півночі на південь. Беручи до уваги біологічні особливості культур та призначення врожаю, одні культури розміщують на південних, інші - на північних схилах або ж на підвищених, чи на знижених ділянках. Щоб посилити доступ до культурних рослин світла та інших факторів життя, важливо своєчасно сформувати оптимальну густоту посівів. У деяких випадках застосовують куліси для притінення посівів (наприклад, при вирощуванні огірків).

Завданням технології є підвищення коефіцієнта використання світла рослинами шляхом посилення в них процесів росту та асиміляції.