Поглощение солнечной радиации виноградником и КПД ФАР в продукционном процессе

Содержание материала

Глава V
Поглощение солнечной радиации виноградником и КПД ФАР в продукционном процессе
Продуктивность посевов и насаждений зависит в конечном итоге от количества поглощенной растениями энергии ФАР и использования ее в процессе фотосинтеза на образование органической продукции. При прочих благоприятных условиях решающую роль в этом процессе играют индивидуальные особенности растений, а в случае сообщества растений — их архитектура и структура фитоценоза в целом.

V.I. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИСТЬЕВ ВИНОГРАДА

Основным органом, воспринимающим лучистую энергию и взаимодействующим с ней, является лист, и, следовательно, от оптических свойств листьев зависит прежде всего уровень поглощенной растениями энергии ФАР [62, 401, 402].
Оптические свойства листьев растений — отражение, пропускание и поглощение ими лучистой энергии — являются важнейшими параметрами, характеризующими взаимодействие лучистой энергии с растениями. Для большинства высших зеленых растений величина поглощения, пропускания и отражения в области ИР и ФАР практически одинакова. Вместе с тем существуют и некоторые видовые различия, обусловленные особенностями строения листа [401, 402], что, как правило, связано с особенностями водно-теплового режима обитания растений.
Как показывают литературные данные [136], листья винограда, обладающие типичной структурой светового листа (ксеромезофита), имеют (как и листья яблони, кукурузы и некоторых других культур) сравнительно высокие коэффициенты поглощения в области 400—700 нм — порядка 0,85—0,87. У молодых листьев поглощение ниже 0,6—0,7 (при нормальной обеспеченности водой). В то же время двойственная природа винограда (светолюба и одновременно теневыносливого растения), относительно невысокое световое насыщение фотосинтеза (

40—50 тыс. лк) определяют то обстоятельство, что при высоких интенсивностях света коэффициенты поглощения все же несколько ниже, чем при средних. На избыточную для винограда освещенность в ходе его роста указывают данные, касающиеся параметров, определяющих поглощение ФАР, а именно — содержание зеленых и желтых пигментов.
Так, действительно, с уменьшением уровня освещенности повышается содержание хлорофилла на единицу площади листа [125, 346, 349]. Благодаря этому длительное произрастание винограда в условиях более низкой освещенности не оказывает влияния на величину коэффициента суммарного поглощения ФАР и на общий ход спектральных кривых поглощения ФАР листьями [125].
Сравнение спектральных кривых поглощения листьев разных ярусов показывает [155], что во все периоды вегетации листья верхнего яруса побега имеют наиболее низкие коэффициенты поглощения. В начале вегетации максимальными коэффициентами поглощения лучистой энергии характеризуются листья нижнего яруса. В период завершения роста (конец июля) максимальными коэффициентами поглощения обладают листья средних ярусов.
Оптические свойства листьев винограда изменяются и на протяжении вегетации [272]: уменьшается доля отраженной и пропущенной листьями лучистой энергии и повышается доля поглощенной радиации (рис. 37).

Рис. 37. Спектральные характеристики поглощения А, отражения R и пропускания Т солнечной радиации (в % от падающей) листьями винограда в видимой области спектра (Х = 400н-700 им) в разные периоды вегетации.
1 — цветение (8 июня), 2 —рост ягод (3 июля). 3 — начало созревания (8 августа), 4 — техническая зрелость (15 сентября). Сорт Болгар, формировка Омбрела (по [272]).

Статья по теме: Гок изюм сорт винограда

Наибольшие различия наблюдаются в наименее поглощаемых листьями (в пределах •100 -700 нм) желто-зеленых лучах.
Таким образом, листья винограда по своим оптическим свойствам, определяющим возможность высокого поглощения лучистой энергии растением, принципиально не отличаются от листьев других видов растений. В какой мере это реализуется—зависит от других параметров растения как оптической системы: ориентации листьев, их индивидуального листового индекса (ILAI), формы растения и т. д.

Поглощение солнечной радиации виноградником и КПД ФАР в продукционном процессе – Поглощение солнечной радиации виноградником в зависимости от его структуры

Содержание материала

V.5. ПОГЛОЩЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ ВИНОГРАДНИКОМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕГО СТРУКТУРЫ
Основным фактором, определяющим уровень поглощения и эффективность использования энергии солнечной радиации на формирование урожаев в посевах и насаждениях сельскохозяйственных культур, является структура фитоценоза.
В исследованиях по радиационному режиму под «структурой» понимается архитектура группировки растений, определяемая размещением растений на участке густотой посадки, размером и формой кроны [306]. Таким образом, понятие «структура» рассматривается как синоним строения фитоценоза.

Таблица 24
Количественные характеристики радиационного режима виноградника (посадка 2X2 м, по [374])

Вк кал(см 2 Хмин)

д вк
кал(см- Хмин)

Примечание. Для беседочной системы Лк под кроной ровно 0,06.

Имеются единичные экспериментальные данные о поглощении солнечной радиации виноградником. По данным Турманидзе и др. [374], в условиях Грузии радиационный баланс Вк несколько выше в насаждениях с вертикальной шпалерой по сравнению с беседочной (табл. 24), что объясняется более высоким альбедо Лк беседочных систем. Различия в геометрической структуре кроны проявляются особенно заметно в степени затененности почвы р и в величине коротковолнового баланса поверхности почвы Ви*. Следствием этих различий является более высокое поглощение биомассой растений коротковолновой радиации при беседочной системе (0,55 против 0,23 кал/(см 2 -мин) при вертикальной шпалере). Значения интегрального коэффициента поглощения lBJQ также свидетельствуют о более высоком относительном поглощении солнечной радиации виноградником с беседочной системой.

Для условий юга Украины [243] в июле в среднем за день кусты сорта Алиготе поглощали 0,181 кал/(см 2 -мин) ФАР, а кусты сорта Каберне Совиньон 0,176 кал/(см 2 -мин). Поглощение ФАР одним растением было выше в редких посадках, где кусты имели большие размеры кроны; в пересчете на 1 га поглощение радиации возрастало в густых посадках. Такая же закономерность прослеживалась в насаждениях сорта Жемчуг Саба (табл. 25) [48].
Таблица 25
Поглощение ФАР виноградом на одноплоскостной шпалере (сорт Жемчуг Саба, 4 VII 1967, по [48])

Число кустов на 1 га

Поглощение ФАР за день

Таблица 26
Среднее дневное поглощение ФАР структурными элементами виноградника по месяцам (1970—1971 гг.)

Площадь питания куста, м

Поглощение ФАР за день

За весь период формирования урожая, млн. ккал/га

Рис. 42. Дневной ход коэффициентов поглощения ИР а ля виноградником. Сроки измерения при ориентации 3—В: 1 — 18 июня, к-, =68°; 2—17 августа, Aq = = 59°; 3 — 21 сентября, Iiq =46°, при ориентации рядов С—Ю: 1 — 22 и 24 июля, h q = = 65°, 2 — 26 и 28 августа, А0=55°, 3 — 1 сентября, ft.; =42°.

Статья по теме: Как сохранить черенки винограда в зимнее время: что нужно знать

В табл. 26 приведены полученные нами характеристики дневного поглощения ФАР в период вегетации структурными элементами виноградника в зависимости от площади питания куста и формы кроны.
В насаждениях с веерными формировками в расчете на один куст и на ряд во все сроки, исключая первый (июньский), поглощение радиации наибольшее в редких посадках, где кусты имеют более мощную крону. Из всех сопоставляемых структур поглощение радиации одним рядом наибольшее в насаждениях с кордонной формировкой на Т-образной шпалере.
В начале вегетации больше поглощают радиацию ряды с густой посадкой, где шпалера быстрее заполняется фитомассой. Максимальное поглощение отмечается в июле и в августе, когда крона достигает наибольших размеров и приходы радиации наибольшие. К концу вегетации вследствие уменьшения поступления радиации и частичного опадения листьев поглощение уменьшается. Поглощение радиации 1 га виноградника закономерно увеличивается по мере увеличения числа рядов.
Для характеристики поглощения солнечной
радиации целым виноградником могут быть использованы как абсолютные характеристики поглощения (ккал/га), так и относительные, т. е. коэффициенты поглощения. Последние не зависят от количества поступающей радиации (для данной структуры виноградника и архитектуры кустов) и поэтому могут быть использованы для сравнения радиационных характеристик, получаемых в разные годы и в разных районах, а также для сравнения радиационного режима виноградника с РП иной гео-
метрической структуры. Коэффициенты поглощения, полученные для данного конкретного виноградника, могут быть использованы для определения количества поглощенной радиации виноградником в последующие годы по данным приходов радиации на горизонтальную поверхность.

Рис. 43. Среднедневные коэффициенты поглощения ИР и ФАР виноградником в период вегетации.
а — сорт Шабаш, о — сорт Рислинг. Цифры у кривых —варианты (см. табл. 2ti)

Дневной ход коэффициентов поглощения виноградника особенно хорошо выражен при направлении рядов С — Ю (рис.42). В течение дня отчетливо прослеживается снижение среднечасовых значений аА1К по мере увеличения hr . Величина превышающая единицу в утренние и послеполуденные часы, показывает, что в эти сроки поглощение радиации превышает поступление ее на горизонтальную поверхность насаждения. Полуденные значения ади в течение вегетации различаются мало. В остальные часы дня в более поздние периоды вегетации значения аЛц закономерно возрастают.

При ориентации рядов 3 —В среднечасовая величина аАж повышается с увеличением /Iq и достигает максимума в полдень. Для одних и тех же часов дня на протяжении вегетации коэффициенты возрастают. Особенность структуры виноградника проявляется здесь в том, что в начале вегетации, когда после восхода и перед заходом Солнца прямые лучи попадают на северную сторону шпалеры, величина аАж имеет три максимума: утром, в полдень и вечером. Однако в этот период крона кустов развита еще не полностью, поэтому дневной ход аАа выражен слабо.
Поглощение солнечной радиации виноградником в период вегетации характеризуется непрерывным увеличением среднедневных значений коэффициентов, которые достигают 0,45—0,70 для алаи 0,5—0,8 для аАф (Рис- 43). Средние за период формирования урожая коэффициенты поглощения значительно меньше: 0,28—0,54 для аАии 0,34—0,57 для аАф(табл. 27).

Статья по теме: Баят капы - виноград

Таблица 27
Средние за период формирования урожая значения коэффициентов поглощения ИР и ФАР виноградников с различной структуры

Фотосинтетическая активная радиация (ФАР), ее роль в формировании урожая. Методы расчета и обеспеченность ФАР основных сельскохозяйственных культур с учетом зональных особенностей.

Урожай формируется в процессе фотосинтеза в результате использования энергии солнечной радиации. К. А. Тимирязев считал, что предел плодородия почвы определяется не количеством удобрений, которые мы можем ей доставить, не количеством поданной влаги, а количеством световой энергии, посылаемой солнцем на данную поверхность.

Различают два вида естественной радиации: коротковолновую, называемую также интегральной радиацией, с длиной волны 280- 400 нм; длинноволновую с длиной волны от 400-4000 нм.

Для определения потенциальной урожайности используют фотосинтетически активную радиацию (ФАР) с длиной волны 380— 710 нм.

В свою очередь ФАР подразделяется на следующие виды:

прямая солнечная радиация (S) – часть лучистой энергии Солнца, поступающая к Земле в виде почти параллельных лучей;

рассеянная радиация (D) – часть солнечной радиации, падающая на горизонтальную поверхность после рассеивания атмосферой и отражения от облаков, ее измеряют пиранометром, приемная часть которого затеняется от солнца при помощи специальных экранов.

Суммы ФАР по району (хозяйству) могут быть рассчитаны также по данным ближайшей актинометрической станции или агрометеорологического поста. Данные сумм интегральной радиации, взятые на станции, пересчитывают на сумму ФАР по формуле

где 1?_флр – сумма общей ФАР;

I.S – сумма прямой солнечной радиации;

2.D – сумма рассеянной солнечной радиации.

Показатель ФАР обычно составляет 42^17% интегральной радиации и зависит от метеорологических условий года. В зависимости от продолжительности вегетационного периода, значения ФАР сильно различаются: в приполярных зонах приход ее составляет 4,19-6,28 млрд. кДж/га, на Северном Кавказе – 25,12-29,31 млрд. кДж/га, а в республиках Средней Азии – 33,49- 41,87 млрд. кДж/га, что обусловливает формирование различного количества и качества биомассы.

Солнце посылает на землю колоссальный поток энергии (50 х 10 20 ), но не вся энергия достигает поверхности земли, примерно 50% ее рассеивается в атмосфере.

Какая же часть этой энергии улавливается и запасается растениями? Оказывается, очень незначительная. В настоящее время достигнут предел использования растениями солнечной энергии на фотосинтез – это максимум 3-4%, а чаще 1-2% или меньше. Однако у некоторых полевых культур при высокой агротехнике коэффициент использования ФАР достигает значительной величины.

Рассчитать, величину планируемого урожая по приходу ФАР можно пользуясь формулой А.А. Ничипоровича: