Управління фотосинтетичною активністю рослин: чи можливо покращити урожайність
Широко розповсюджена думка, що формування високого врожаю напряму залежить лише від мінерального живлення, і мало хто звертає увагу на управління фотосинтетичною активністю рослин. А саме від фотосинтетичної діяльності найбільше залежить урожайність.
Фотосинтез — це найголовніший фізіологічний процес, на частку якого припадає до 95% усієї накопиченої в рослинах енергії, і який працює на підвищення врожайності. Саме від фотосинтетичної діяльності залежить урожайність. Усі інші процеси та агротехнологічні заходи спрямовані на підвищення його продуктивності. Продуктивність фотосинтезу залежить від ряду процесів та факторів, стимулювавши та вирішивши які, можна вплинути на збільшення врожайності.
Продуктивність фотосинтезу найбільше залежить від:
- площі листкової поверхні,
- тривалості життя листка,
- інтенсивності фотосинтезу,
- відтоку пластичних речовин в продуктивні органи.
Власне, фотосинтез є процесом утворення органічних речовин під дією енергії світла, а для того, щоб збільшити урожай, перш за все необхідно підвищити фотосинтетичну активність. В той же час фотосинтез листків є головним фізіологічним показником, що відображає норму реакції на різні умови довкілля та реакцію на агротехнічні прийоми вирощування.
Як можна вплинути на підвищення відсотка використання сонячної радіації?
Підвищення відсотка використання сонячної радіації на фотосинтез має бути в пріоритеті кожного агронома, кожного технолога, адже це дієвий спосіб збільшити урожай. Як кажуть досвідчені практики, професіоналізм агронома визначається вмінням налаштувати сівалку, знанням етапів органогенезу та рівнем управління процесами фотосинтезу. Враховуючи, що з усіх кліматичних факторів коефіцієнт поглинання фотосинтетичної активної радіації (ФАР) є найнижчим і найменш регульованим критерієм, підвищити цей коефіцієнт та збільшити фотосинтетичну продуктивність дійсно є високим професійним вмінням.
За даними науковців, загальна кількість ФАР, що бере участь у творенні господарської частини урожаю в південних регіонах України, опівдні не перевищує 45% від прямої сонячної радіації, а в ранішній та вечірній час знижується до 10-20%. В західних і особливо у північних регіонах цей показник значно нижчий. Фактично ж використання сонячної радіації за вегетацію складає 0,5-1,2% загальної радіації, що надходить на 1 га. Один з напрямів підвищення відсотка використання сонячної радіації — це підбір культур, сортів, оптимізація схем розміщення. Другий напрямок, який підвищує ефективність першого, — активізація самого процесу за рахунок мінерального живлення, вологозабезпеченості та надходження вуглекислоти.
Створення високоврожайних сортів інтенсивного типу з заданим співвідношенням між вегетативною та генеративною масами спрямоване на користь останніх, потребує більшої кількості ФАР. За умови достатнього забезпечення рослини водою, головним фактором обмеження інтенсивності фотосинтетичних процесів виступає мінеральне живлення. Адже цілком очевидно, що формування біологічної маси неможливе без макро- і мікроелементів. В інтенсифікації ростових процесів ключова роль відведена азоту. Однак однобічне азотне живлення буде лише на шкоду і рослинам, і економіці господарства.
Читати по темі: Вплив азоту (N) на ріст рослин та їхню фізіологію
Препарати, які здатні посилювати або послаблювати властивості рослин як до погодно-кліматичних умов так і ознаки, що носять спадковий характер і визначаються генотипом, при правильному і грамотному застосуванні можуть компенсувати недоліки сортів і гібридів. Однак синтетичні стимулятори, регулятори не мають універсального значення, тому не можуть замінити інші фактори формування врожаю.
Крім того, надзвичайно важливо знати точний механізм їхньої дії на фізіолого-біохімічному та молекулярно-генетичному рівнях. Адже передчасне або запізніле внесення обов’язково призведе до негативного результату. Тому за відсутності стовідсоткової можливості своєчасного їх внесення через погодні або технічні умови від даних препаратів краще відмовитись взагалі і надати рослині можливість саморегуляції, тобто приділити більше уваги ендогенним фітогормонам — гормонам, утворюваним самою рослиною. Одні з них (ауксини, гібереліни, цитокініни) стимулюють ріст і розвиток, посилюють фізіологічні і біохімічні процеси; інші (абсцизова кислота і етилен) сповільнюють ріст, гальмують перебіг ряду реакцій обміну речовин.
Читати по темі: Біостимулятори для рослин: види, механізми дії, можливості. Чи потрібні біостимулятори культурам?
Ендогенні фітогормони, які є медіаторами фізіологічних процесів, перетворюють специфічні сигнали навколишнього середовища в біохімічну інформацію, чим забезпечують нормальний ріст і розвиток рослинного організму.
Онтогенез рослин та робота фотосинтетичного апарату
В онтогенезі рослин від сходів до початку дозрівання прийнято виділяти чотири біологічні періоди:
- сходи-початок цвітіння
- цвітіння і утворення плодів
- ріст плодів
- налив насіння
Кожен період характеризується певними біохімічними і фізіологічними особливостями та власними показниками продуктивності рослин в залежності від роботи фотосинтетичного апарату. Головними критеріями першого періоду вважається площа листків та фотосинтетичний потенціал (сума площі усіх листків на гектар посіву). Тому при розробці системи удобрення головна увага має приділятися азоту, фосфору, магнію, марганцю, міді, цинку тощо.
Варто памятати, що на тривалість життя листка значно впливають стресові фактори (гербіцидний стрес, посуха, град та інші). Під дією стресу в рослинах сповільнюються обмінні процеси. Кількість поглинутого листками СО₂ значно знижується, а вуглець є незамінним компонентом, з якого утворюється ≈90% сухої маси рослин. Три дні сильного стресу дорівнює втраті 2% урожайності.
Інтенсивністю фотосинтезу називається кількість міліграмів СО₂, засвоєного протягом 1 год на 1 м² листкової поверхні. Основну кількість (95%) СО₂ рослини отримують з повітря, а решту з ґрунту. Дефіцит вологи спричиняє закриття продихів, через що зменшується надходження СО₂. Вуглекислий газ — це невід’ємний компонент для здійснення фотосинтезу, адже саме з 6СО₂ та 6Н₂О утворюється глюкоза. Відповідно, при зменшенні його кількості пригнічуватиметься синтез органічних речовин рослиною. Також стрес часто призводить до зменшення тургору рослин. Як діяти у випадку нестачі вологи, щоб стимулювати інтенсивність фотосинтезу, тобто нормалізувати засвоєння СО₂? В умовах дефіциту вологи рослини дістають воду з нижніх шарів ґрунту і чим краще розвинута коренева система, тим легше рослинам буде перенести посушливі умови.
Тому стимулювати ріст кореневої системи варто вже на початкових етапах вегетації. Для прикладу, у пшениці озимої коренева система найінтенсивніше росте в осінній період зі швидкістю до 2,5 см на добу. Тому для пшениці найефективніше стимулювати ріст кореневої системи восени та навесні, коли відбувається процес кущіння. Також варто звернути увагу на обробіток ґрунту, адже при його щільності 1,4 г/см3 ріст коріння пригнічується, а при 1,6 г/см3 і більше припиняється зовсім.
Читати по темі: Управління елементами живлення — підґрунтя для планованих врожаїв
Другий період — максимальна за вегетацію площа листків і фотосинтетична активність хлоропластів. Оскільки площа листкової поверхні сформована, пріоритетною є робота хлоропластів. Найбільш життєво необхідними елементами є магній, залізо, марганець, бор, калій, фосфор, азот тощо. Урожай, а саме його рівень, залежить від фотосинтетичного потенціалу першого та, особливо, другого періоду.
Під час третього періоду площа листків починає поступово зменшуватись, але в загальному залишається на хорошому рівні, біомаса продовжує інтенсивно наростати завдяки росту плодів, які під кінець періоду досягають максимальної величини. Від кількості плодів і насіння у них на кінець третього періоду залежить ефективність фотосинтезу під час наливу. Науковцями встановлено, що найбільш активно фотосинтетичні процеси у посівах протікають на другому та третьому етапах, а отже, і кількісні та якісні показники врожайності залежать від фотосинтезу, точніше від вміння його інтенсифікації через надходження макро- і мікроелементів та включення їх в процеси метаболізму. Збільшити урожай на четвертому етапі неможливо, якщо попередні періоди упущені.
Читати по темі: Мікроелементи: друзі і вороги. Як взаємодіють елементи в рослині та що потрібно врахувати агроному?
Ґрунтове та повітряне живлення дуже тісно взаємопов’язані в метаболізмі рослин, і один процес без іншого не відбувається. В результаті їхньої взаємодії в рослинному організмі проходить низка послідовних реакцій з утворенням необхідних органічних речовин, що й формують врожай культури.
Олена Басанець, SuperAgronom.com
Думка редакції SuperAgronom.com може не збігатися з точкою зору автора. Редакція не несе відповідальності за достовірність і тлумачення наведеної інформації і виконує роль виключно носія.
