Вплив світла на зростання рослин та ефективність добрив
Основним завданням землеробства в усі періоди існування є підвищення використання рослинами енергії сонячної радіації.
Продуктивність рослин нерозривно пов'язана із приходом сонячної радіації. Світлова енергія одна із найважливіших чинників у житті рослин. Надходить вона у вигляді прямої та розсіяної радіації. Пряма радіація потрапляє на рослини при безхмарному небі як паралельних променів переважно на зовнішні листя. Розсіяна радіація утворюється в результаті заломлення сонячних променів зваженими в атмосфері парами води, льоду, частинками пилу, а також зовнішнім листям рослин. Важливо, що пайова участь розсіяних променів у фотосинтезі рослин загалом значно більша, ніж прямої сонячної радіації.
Енергія сонця, що приходить на землю, складається в основному з видимих променів (360-750 нм), на частку яких припадає близько 50% енергії і невидимих променів: ультрафіолетових (УФ) = 200-360 нм - 3-4% і інфрачервоних (ІЧ) 750 -1200 Нм - 46%. З точки зору участі сонячного випромінювання у процесах фотосинтезу ключова роль належить видимому спектру випромінювання 400-740 нм, який отримав назву фізіологічно (фотосинтетично) активної радіації (ФАР).
Основна енергія для фотосинтезу поставляється червоними (620-740 нм) та помаранчевими (595-620 нм) променями. Жовті (565-595 нм) та зелені (490-565 нм) промені фізіологічно малоактивні та практично не впливають на інтенсивність фотосинтезу. Сині (420-490 нм) і фіолетові (360-420 нм) промені впливають на розвиток пагонів та листя, ультрафіолетові промені (220-360 нм) сприяють утворенню біологічно активних речовин, що затримують зростання верхівкової нирки і витягування стебла. Однак, незважаючи на різну фізіологічну роль окремих променів, рослини нормально розвиваютьсялише за наявності всього спектра видимих променів.
Прихід на посіви ФАР визначається широтою місцевості, тривалістю періоду вегетації культур, що виробляються, експозицією поля, метеоумовами року. Залежно від періоду вегетації рослин прихід ФАР на посівах умовах Московської області становить 6-12 ГДж/га (1,5-3,0 млрд. ккал) на рік. У північній частині Нечорноземної зони прихід ФАР на 1 гектар за вегетаційний період становить 4-6 ГДж, у середній смузі - 6-10 ГДж та південній частині - 10-14 ГДж. У лісостеповій та степовій зонах прихід ФАР за вегетаційний період становить 15-18 ГДж/га.
За даними І.С. %. Виходячи з біологічного потенціалу нових сортів зернових культур, врожайність зерна 6 т/га слід вважати задовільною, 9 – доброю, 12 – високою, теоретично можливою при ККД ФАР 5-6% – 18-20 т/га з. е.
Максимальна інтенсивність фотосинтезу та використання рослинами ФАР досягається лише при високому рівні збалансованого живлення рослин макро- та мікроелементами, сприятливому діапазоні температур та вологості ґрунту. Недостатнє чи надмірне забезпечення рослин елементами живлення негативно позначається на фотосинтезі, продукційному процесі та ефективності добрив.
Слід зазначити, що агрокліматичні ресурси України значно нижчі, ніж США та країн Західної Європи, тому зіставляти врожайність сільськогосподарських культур в Україні та тим більше у Нечорноземній зоні, з урожайністю багатьох зарубіжних країн, біокліматичний потенціал яких у 1,5-2,5 рази вищий. не зовсім коректно. Однак у нашій країні навіть цейбіокліматичний потенціал не використовується, про що можна судити з урожайності зернових культур у господарствах та сортоділянках.
Виходячи з сучасного рівня врожайності сільськогосподарські культури в європейській частині України, рослини засвоюють приблизно 1% ФАР, замість 2-3% на держсортоділянках та передових господарствах. Завдяки дотриманню агротехніки врожайність зернових культур на сортоучастках приблизно в 1,5-2 рази вища за середню врожайність по господарствах регіону. Практика передових господарств переконливо свідчить, що при задоволенні потреби сільськогосподарських культур в елементах живлення шляхом застосування добрив, що відповідає агротехніці вирощування, у т. ч. захисту рослин від шкідників та хвороб, урожайність у кожному регіоні може бути підвищена у 2-4 рази порівняно з існуючою.
Для оцінки ступеня реалізації біокліматичного потенціалу, врожайність у господарстві зіставляють із справді можливим урожаєм (ДВУ) — максимальний урожай культури можливий у даних ґрунтово-кліматичних умовах. Найбільш повна відповідність продуктивності культур агротехнічним умовам їхнього обробітку характеризує близькість виробничих урожаїв (ПУ) до ДВУ. Нині врожай у виробничих умовах в Україні становить не більше 20-25% ДВУ, що зумовлено багатьма факторами, зокрема дефіцитом елементів живлення, порушенням агротехніки, несприятливими для зростання водним та тепловим режимами.
У світовому землеробстві є багато прикладів отримання досить високих урожаїв. Так, наприклад, рекордна врожайність зерна пшениці в польових дослідах досягла 170 ц/га, рису - 270, кукурудзи - 260, картоплі - 1250, капусти білокачанної (сорт Слава) - 4340, кормових буряків - 275. Завдяки застосуванню мінеральних добрив ізасобів хімічного захисту рослин у багатьох країнах Західної Європи на сьогодні середня врожайність зернових культур досягла 60-80 ц/га, насіння ріпаку - 40-50 ц/га, картоплі - 500-600, цукрових буряків 550-650 ц/га.
Численні приклади високих урожаїв озимої пшениці (100-125 ц/га), ячменю (90-110 ц/га), картоплі (600-850 ц/га), зеленої маси кукурудзи (900-1200 ц/га), кормових буряків ( до 1600 ц/га) та інших сільськогосподарських культур є і в Україні, що свідчить про можливість значно підвищити засвоєння ФАР рослинами.
Ще в довоєнний період (1938-1940 рр.) завдяки оптимізації мінерального харчування з урахуванням динаміки наростання сухої маси та споживання поживних речовин картоплею, відомим селекціонером картоплі А. Г. Лорхом в умовах Домодєдовського району Московської області отримано небувалий для того часу28 /га, а пізніше 700 ц/га.
Численні дані науково-дослідних установ свідчать про велику потенційну продуктивність нових сортів та гібридів сільськогосподарських культур, проте у виробничих умовах вона значно (2-4 рази) нижча.
Застосування добрив суттєво підвищує фотосинтетичну діяльність рослин, ККД ФАР та врожайність. У Нечорноземній зоні європейської частини України, за врожайності сільськогосподарських культур 100-120 ц/га к. е. засвоюється близько 3-4% ФАР.
За даними І. С. Шатілова та А. Г. Замараєва (1986) на удобрених варіантах ККД ФАР посівів був у 2-3 рази вищим, ніж без добрив. У той самий час навіть у роки із сприятливими погодними умовами ККД ФАР рідко перевищував 3 %. Для підвищення використання ФАР сільськогосподарських культур у Центральному районі Нечорнозем'я до 2,5-3% необхідно використовувати продуктивні сорти, здатнідавати врожаї 70-80 ц/га, повне задоволення рослин протягом вегетації в елементах живлення, у воді, оптимальна реакція ґрунту та сортова агротехніка.
Отримання високих стійких урожаїв можливе лише за суворого дотримання технології вирощування культур. У той же час через відсутність у більшості господарств України необхідних добрив і сільськогосподарських машин сортова технологія обробітку багатьох культур значною мірою не виконується ні за набором операцій, ні за термінами їх проведення.
Для реалізації потенційних можливостей оброблюваних культур необхідна оперативна діагностика та коригування мінерального харчування намічених технологічних прийомів з урахуванням змінних погодних та господарських умов, оскільки заздалегідь передбачити стан посівів практично неможливо (Ю. І. Єрмохін, 2005).
Істотне зниження споживання ФАР рослинами та врожайності у виробничих умовах нерідко спостерігається через порушення операцій із внесення добрив. За даними ВІУА (1998), через нерівномірність внесення добрив відцентровими машинами (РУМ-5, МВУ-8 та ін.), що досягає у виробничих умовах нерідко 40%, ефективність застосування азотних добрив знижується на 20-25%, фосфорних добрив на 30-40% та калійних - на 15-20%.
У господарствах Нечорноземної зони через несприятливий фітосанітарний стан посівів загальні втрати потенційного врожаю від бур'янів, шкідників та хвороб становлять понад 25-35% (Л. М. Державін, 2005).
Великий вплив на фотосинтетичну діяльність рослин та врожайність сільськогосподарських культур має площа асиміляційної поверхні (в основному листя) та фотосинтетичний потенціал (ФП), який визначається твором площі листя (м 2 ) на тривалість.(кількість днів) їхньої роботи. Як недостатня, так і надмірно велика асиміляційна поверхня призводить до зниження використання ФАР та врожайності рослин. При малій площі листя зниження врожайності пов'язане з недостатнім фотосинтетичним потенціалом для формування високого врожаю, при великій поверхні листя — через підвищену витрату органічних речовин на дихання та зниження інтенсивності фотосинтезу внаслідок затінення нижнього листя верхнім. На площу листової поверхні найбільший вплив надають вологозабезпеченість і рівень азотного живлення рослин. Для більшості сільськогосподарських культур оптимальна площа листя в 4-6 разів перевищує площу посіву.
За даними І. С. Шатілова та А. Г. Замараєва (1988) у сприятливі за метеорологічними умовами роки площа листя та фотосинтетичний потенціал зернових культур у 1,5-3,0 рази перевищували середні багаторічні, у посушливі роки в 2 рази нижчі. При цьому на удобрених варіантах досвіду асиміляційна поверхня листя зернових культур, картоплі та багаторічних трав залежно від фази розвитку була у 2-4 рази більшою, ніж у варіантах без добрив. У середньому, кожна тисяча одиниць ФП в умовах Нечорноземної зони створює приблизно 3 кг зерна. Звідси випливає, що пізні сорти сільськогосподарських культур із високим ФП врожайніші, ніж ранні.