Принципи керування продукційним процесом
Інтенсивність та результуюча продуктивність процесу фотосинтезу залежить від ступеню забезпечення факторів урожаю (природних і антропогенних) – див. рис. 4.1.
Рис. 4.1. Фактори врожаю
(М.С.Кравченко. Ю.А. Злобін, О.М. Царенко, 2002)
Інтенсивність фотосинтезу – кількість вуглекислого газу, що засвоюється одиницею листкової поверхні за одиницю часу.
Вона коливається від 5 до 25 мг СО2/(м2·год) у С3-рослин. Добова продуктивність фотосинтезу становить 5-12 г сухої речовини на 1 м2 за добу.
Продуктивність фотосинтезу залежить від таких природних чинників навколишнього середовища:
1) інтенсивності та якісного складу світла,
2) концентрації СО2 й кисню,
3) температури,
4) водного режиму тканин листків,
5) рівня мінерального живлення рослин.
Охарактеризуємо більш детально названі чинники НПС.
1. Продуктивність фотосинтезу визначається інтенсивністю та спектральним складом світлового випромінювання. Світлолюбні рослини інтенсивно використовують червоні промені, а тіневитривалі – синьо-фіолетові.
Розподіл сонячної радіації великою мірою залежить від архітектоніки рослин (високо- чи низькорослість, розміщення листків по висоті, їх форма, кут нахилу). Для якомога ефективнішого використання променистої енергії рядки посівів рослин слід розміщувати зі сходу на захід або із північного сходу на північний захід, створювати оптимальну структуру посіву.
2. Основним субстратом фотосинтезу є вуглекислий газ, оскільки вуглець засвоюється організмами тільки у вигляді СО2 та його гідрату (Н2СО3). В результаті збагачення атмосфери СО2 зростає інтенсивність фотосинтезу і як наслідок – загальна і господарська продуктивність рослин.
3. Первинні фотофізичні процеси фотосинтезу мало залежать від температури, але від неї значною мірою залежить комплекс реакцій, пов'язаних із відновленням вуглекислого газу. Із підвищенням температури на 10 °С швидкість цих реакцій зростає в 2-3 рази (правило Вант-Гоффа).
Фотосинтез зазвичай відбувається в аеробних умовах за вмісту кисню в повітрі близько 21%. Така концентрація кисню дещо більша за оптимальну. Зниження концентрації кисню на 3% не позначається на інтенсивності фотосинтезу, а в рослин з активним фотодиханням (боби та інші С3-рослини) навіть підвищує її. Дуже низький вміст кисню іноді може гальмувати фотосинтез, так само як і висока інтенсивність світла, оскільки порушується відновлення вуглецю.
4. Оптимальний водний режим тканин листків (співвідношення між транспірацією та надходженням води) визначає швидкість надходження мінеральних речовин, які безпосередньо приймають участь у біохімічних реакціях, процесах каталізу.
5. Процес фотосинтезу тісно пов'язаний із кореневим живленням рослин. Для нормального функціонування фотосинтетичного апарату рослини мають бути забезпеченні комплексом макроелементів (N, P, K, Ca, Mg, S) і мікроелементів (Mn, B, Mo, Zn, Cu, Fe, Co, I та ін.). Інтенсивність фотосинтезу може змінюватись упродовж доби і пори року. Зі сходом Сонця вона зростає і стає максимальною о 9-12-й годині. Сезонні зміни інтенсивності фотосинтезу залежать від тривалості періоду вегетаці], адаптивних властивостей рослин та характеру метеорологічних умов. Інтенсивніше фотосинтез відбувається на ранніх етапах вегетації.
Для загальної продуктивності рослин велике значення має співвідношення між їхніми продукуючими і споживаючими частинами. Весь комплекс агротехніки сільськогосподарських культур має забезпечувати швидке наростання площі листків, але так, щоб вони не сприяли самозатіненню рослин, яке призводить до зниження інтенсивності фотосинтезу. Важливу роль у підвищенні ефективності фотосинтезу рослин відіграє селекція.