Что такое фотосинтетический потенциал

Показатели фотосинтетической деятельности посевов

В процессе фотосинтеза принимает участие не вся солнечная энергия, а только ее видимая часть – фотосинтетически активная радиация (ФАР) с длиной волн 380 – 720 нм. Энергия ФАР составляет около 50% общей энергии солнечной радиации. Количество ФАР, падающей на единицу поверхности почвы в среднем по месяцам года и по декадам месяца, определено для каждой географической зоны. Коэффициент использования ФАР служит объективным показателем величины урожая (высокий, средний, низкий). Хорошие урожаи соответствуют 2-3% использования ФАР.

Для определения фотосинтетической деятельности посевов определяют следующие показатели:

Для определения фотосинтетической деятельности посевов определяют следующие показатели: площадь листьев, фотосинтетический потенциал, чистую продуктивность фотосинтеза.

Пробу растительных образцов отбирают на производственных посевах маршрутным методом в количестве 10-15 растений (M). Листья растений обрывают, подсчитывают (n) и берут для анализа 5 типичных (N). Площадь листьев у зерновых культур определяют методом промеров, у других – отпечатком контуров листа на миллиметровой бумаге.

Метод промеров. Измеряют в сантиметрах длину (a) и ширину (b) в самой широкой части листа. Результаты промеров записывают. Рассчитывают площадь листа (см 2 ) по формуле 4:

, (4)

Аналогичным образом проводят измерения остальных листьев. Определяют среднюю площадь одного листа ( ср) по формуле 5:

ср = , (5)

где Si – площадь отдельных листьев, см 2 ;

N – количество листьев.

Определение индекса листовой поверхности.Рассчитывают индекс листовой поверхности (ИЛП) по формуле 6:

ИЛП = , (6)

где S _ср – средняя площадь одного листа, см 2 ;

n – общее количество листьев со всех растений пробы, шт.;

k – количество растений на квадратном метре, шт. (справочные данные: зерновые 500, зернобобовые 200, картофель 5, сахарная свекла 10);

M – количество растений в пробе, шт.

Для контроля правильности определения площади листьев студент должен представить обведенные на бумаге контуры пяти листьев и рассчитанную их площадь. Одновременно представляются расчеты по определению индекса листовой поверхности, и проводится проверка правильности расчета ИЛП.

Определение чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) дает возможность получить материал, который ис­пользуется для разработки приемов повышения продуктивности сельскохозяй­ственных растений, прогнозирования и программирования урожаев.

где ЧПФ – чистая продуктивность фотосинтеза, г/м 2 х дни.

1/2 × (Л₁+ Л₂)— средняя рабочая площадь листьев за время опыта, м 2 ;

При рассмотрении посева как фотосинтезирующей системы урожай сухой массы, создаваемый за вегетационный период или его прирост за определенный период, зависит от величины средней площади листьев, продолжительности периода и чистой продуктивности за этот период.

, (8)

где У – урожайность сухой биомассы, т/га;

ФП – фотосинтетический потенциал;

ЧПФ – чистая продуктивность фотосинтеза, г/м 2 х дни.

Фотосинтетический потенциал (ФП) рассчитывают по формуле 9:

, (9)

где Sc – средняя за период площадь листьев, тыс.м 2 /га;

Т – продолжительность периода, дни.

Источник

РАСЧЕТ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

Фотосинтетический потенциал – это число рабочих дней площади листьев. Его определяют суммированием площади листьев за каждый день вегетации или умножением средней площади листьев (L ср) на длину вегетационного периода (Т):

Для расчета фотосинтетического потенциала по формуле 7 следует измерить среднюю площадь листьев данной культуры. При отсутствии такой возможности фотосинтетический потенциал можно рассчитать по формуле:

ФП = 10 5 х (Ут : Мфп), (9)

где Ут – урожай товарной продукции, ц/га (рассчитанный по формуле А.М.Рябчикова);

Мпф – масса основной продукции при стандартной влажности на 1 тыс. единиц фотосинтетического потенциала, кг.

ФП = 10 5 х (Ут : Мфп) = 10 5 х (38,3 : 2) = 1915000 (млн. м 2 /га дней)

Многочисленные исследования показали, что 1 тыс. единиц ФП обеспечивает сбор зерна зерновых культур 2…3 кг, гречихи – 2 кг, картофеля – 8 кг, сахарной свеклы и кормовых корнеплодов – 12 кг, сена многолетних трав – 2,3 кг.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОГО УРОЖАЯ ЗА СЧЕТ

ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ

Урожайность за счет питательных элементов почвы определяется двумя методами. Для прогноза уровня урожайности для хозяйства в целом, в бригаде, в отделении возможный урожай за счет плодородия почвы определяется по баллу пашни и нормативам цены балла.

цена балла для данной культуры, кг (приложение 2 ).

При определении возможного урожая за счет плодородия почвы для конкретного поля, участка используются информация о агрохимической характеристике почвы пахотного горизонта, коэффициенты использования питательных элементов из почвы и вынос их с урожаем Принцип метода состоит в том, что рассчитывается возможное усвоение элементов питания из почвы и определяется урожай культуры за счет азота, фосфора и калия раздельно по выносу элементов питания. Минимальная величина будет определять урожай за счет плодородия почвы.

Пример расчета: Следует определить урожай зерна озимой пшеницы за счет плодородия почвы, содержащей 2,0% гумуса, 150 мг/ кг почвы подвижных фосфатов и 160 мг/кг обменного калия. По данным БелНИИПА, в Республике Беларусь в расчете на один процент гумуса из почвы сельскохозяйственные культуры могут усвоить в среднем 20-25 кг/га азота. В нашем примере возможное усвоение азота из почвы составит 40-50 кг/га, среднее 45 кг/га.

Средние коэффициенты использования сельскохозяйственными культурами Р₂0₅ и К₂0 из дерново-подзолистых почв приведены в приложении 4.

В нашем примере при содержании подвижных фосфатов в почве 150 мг/кг растения пшеницы могут (150 х 3 = 450 кг/га, усваивается 6% — 450 х 6 : 100 = 27 кг/га) усвоить 27 кг/га

Калия (160 кг х 3 = 480 кг/га) при 10% усвоении от запасов в почве усваивается 48 кг/га (480 х 10 : 100)

В расчете на 1 ц зерна озимая пшеница выносит с урожаем 2,82 кг азота, 1,08 кг фосфора и 1,92 кг калия, (приложение 5).

Возможный урожай зерна пшеницы за счет азота почвы составит 15,9 ц/га (45:2,82), за счет фосфора 25 ц/га (27 : 1,08), за счет калия 25 ц/га (48 : 1,92). В нашем примере урожай зерна за счет плодородия почвы возможно получить на уровне 15,9 ц/га.

РАСЧЕТ СРЕДНЕЙ И МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОЩАДИ ЛИСТЬЕВ

Зная продолжительность вегетационного периода и величину фотосинтетического потенциала определяют среднюю площадь ассимиляционной поверхности листьев:

К фазе колошения или выметывания такой посев должен иметь максимальную площадь листьев:

L макс. = L ср. х 1,83 (11)

L ср. = ФП : Тv = 1915000 : 90 = 21277 м 2

L макс. = L ср. х 1,83 = 21277 х 1,83 = 38940 м 2

ИНТЕНСИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КУЛЬТУРЫ

В этом разделе необходимо дать понятие об интенсивной технологии возделывания сельскохозяйственных культур, перечислить основные требования этой технологии.

Источник

Фотосинтетический потенциал

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Сентября 2013 в 20:19, контрольная работа

Описание работы

Фотосинтетический потенциал – обобщающий показатель, определяющий норму высева, сроки сева, систему удобрения, водный режим и уход за посевами. В каждом конкретном случае 1000 единиц фотосинтетического потенциала – 1000 (м²/га) · дней – обеспечивают соответствующее количество продукции (зерна, сухой биомассы, зеленой массы, сена, клубней картофеля и др.). Например, в зоне кукурузосеяния каждая тысяча единиц фотосинтетического потенциала обеспечивает сбор 3-3,5 кг зерна. Для получения 100 ц зерна кукурузы с 1 га в условиях орошения необходим фотосинтетический потенциал, равный 3-3,5 (млн. м²/га) · дней.

Файлы: 1 файл

Физиологические принципы программирования урожаев предусматривают формирование посевов с оптимальными показателями площади листьев, чистотой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), фотосинтетического потенциала (ФП) и продуктивности работы ассимилирующих получение заданного урожая. Каждому уровню урожая должны быть присущи «свои» фитометрические показатели, которые заблаговременно закладывают в программу. На их основе составляют графики формирования площади листьев и фотосинтетического потенциала, в течение периода вегетации контролируют их нарастание и принимают оптимальные решения для регулирования (полного или частичного) факторами, непосредственно влияющими на рост и развитие ассимилирующих органов, и динамику накопления ФП.

Фотосинтетический потенциал – обобщающий показатель, определяющий норму высева, сроки сева, систему удобрения, водный режим и уход за посевами. В каждом конкретном случае 1000 единиц фотосинтетического потенциала – 1000 (м²/га) · дней – обеспечивают соответствующее количество продукции (зерна, сухой биомассы, зеленой массы, сена, клубней картофеля и др.). Например, в зоне кукурузосеяния каждая тысяча единиц фотосинтетического потенциала обеспечивает сбор 3-3,5 кг зерна. Для получения 100 ц зерна кукурузы с 1 га в условиях орошения необходим фотосинтетический потенциал, равный 3-3,5 (млн. м²/га) · дней.

Поэтому любой агротехнический прием, направленный на повышение урожайности, будет эффективен в том случае, если он:

В случае оптимального почвенного питания листья кукурузы и сахарной свеклы способны усваивать в 1,5-2 раза больше солнечной радиации, чем при средних условиях. При этом прирост биомассы на удобренных почвах оказывается в 2-3 раза выше, чем на почвах среднего плодородия. Коэффициент использования ФАР с увеличением площади листьев, например, втрое также увеличивается в 2,5-3 раза.

Оптимальной принято считать такую площадь листьев, которая обеспечивает максимальный газообмен в посевах. Оказывается, в результате компенсации длины дня при средней величине ФАР оптимальная площадь листьев мало отличается на разных широтах. Следовательно, можно сделать вывод, что программирование – это разработка системы агротехнических мероприятий, направленных на максимальное использование солнечной энергии в процессе фотосинтеза. В первую очередь это достигается за счет формирования посевов с оптимальной площадью листьев.

Академик Д.Н. Прянишников писал, что неправильно думать, будто с развитием химической промышленности и широким распространением минеральных удобрений значение навоза должно отходить на задний план; наоборот, с ростом применения минеральных удобрений будет возрастать и внесение навоза.

В настоящее время предусмотрено значительно увеличить применение органических удобрений в хозяйствах. Так, к 1990 г. их количество достигнет 1,5 млрд. т. С органическими удобрениями, по нашим расчетам, в 1985 г. в почву поступило 6 млн. т. азота, 3 млн. т. фосфора и 7,2 млн. т. калия, в 1990 г. поступит соответственно 9, 4,5 и 10,5 млн.т. Поэтому при внесении органических удобрений отпадает необходимость использования высоких доз минеральных и оптимальное соотношение удобрений определяют по предложенной нами формуле для запрограммированных урожаев кукурузы на зерно и силос, картофеля и кормовой свеклы:

Навоз ценен не только как источник питания растений азотом, фосфором и калием. В нем содержится значительное количество необходимых для полевых культур микроэлементов. При внесении 20-30 т навоза на 1 га практически полностью компенсируется вынос микроэлементов урожаями зерновых культур до 60 ц, картофеля – до 350, корнеплодов – до 500, сена травосмесей – до 70, силосных – до 350 и овощных культур – до 500 ц с 1 га. Если программируют урожаи выше указанных величин, то необходимо вносить специфические для каждой культуры микроэлементы.

Навоз – также хороший источник углекислоты в почве и приземном слое воздуха. Экспериментаторы на небольших делянках могут получать урожаи, на 20-25% превышающие продуктивность хозяйственных посевов. Повторить показатели эксперимента на больших массивах не удается даже самому исследователю. Причина состоит в том, что на маленьких делянках растения лучше обеспечены углекислотой в результате их хорошей вентилируемости, а на больших массивах значительно затрудняется доступ углекислого газа в глубь посевов. Растения испытывают большой недостаток важной для фотосинтеза углекислоты, и получить запрограммированные урожаи практически не удается. Поэтому следует предусматривать внесение навоза не только для повышения уровня минерального питания растений, но и углекислота режима посевов.

Совместное внесение минеральных удобрений и навоза Д.Н. Прянишников назвал промышленным способом повышения плодородия почв при интенсивной системе земледелия. Вопрос лишь в том, сколько навоза следует вносить для сохранения содержания гумуса на прежнем уровне и для дальнейшего его увеличения.

Для определения этого количества навоза нами была предложена формула:

Где Мп – масса пахотного слоя, т/га; Г – содержание гумуса или заданное его увеличение в пахотном слое почвы, %.

Следует отметить, что в этой формуле не отражен процент гумификации органического вещества навоза. Однако в первом приближении формула позволяет рассчитать необходимые дозы органических удобрений, а также сроки последующего внесения их. При это экспериментальным путем определяют количество навоза, необходимое для поддержания бездефицитного баланса органического вещества на различных типах почв.

Положительный баланс гумуса в почвах обеспечивается лишь при ежегодном применении на среднеокультуренных почвах не менее 10-15 т навоза на 1 га, на слабоокультуренных – 20 т навоза и 200 кг NPK на 1 га.

Источник

АКТИВНЫЙ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

Ведущая роль в формировании урожая растений принадлежит фотосинтезу. Размеры и продолжительность работы ассимиляционного аппарата имеют большое значение для фотосинтетической продуктивности [1, 2, 3]. Однако эти показатели довольно медленно реагируют на изменения условий окружающей среды. В связи с этим, встает необходимость дополнительной оценки возможностей ценоза с учетом онтогенетических изменений фотосинтетических реакций. Наиболее отзывчивыми на внешние воздействия являются первичные процессы фотосинтеза. Скорости их реакций зависят от пространственной и структурной организации фотосинтетического аппарата [4], поэтому даже незначительные воздействия на пигмент-белковые комплексы отражаются на скорости транспорта электронов − основы световых стадий фотосинтеза. Поэтому целью наших исследований было разработать показатель фотосинтетической продуктивности посева, который отражал бы не только размер и продолжительность работы ассимиляционного аппарата, но и его активность.

Работа выполнена в Ставропольском НИИ сельского хозяйства. Объектом исследований служили посевы озимой пшеницы различных сортов. Показатели фотосинтетической продуктивности определяли общепринятыми способами. Активность фотосинтетического аппарата изучали методом замедленной флуоресценции [5] на приборе, изготовленном инженерной группой МГУ.

Важным параметром замедленной флуоресценции является скорость её тушения. Данный показатель коррелирует со скорость утилизации АТФ и НАДФ темновыми реакциями и находится в тесной связи со скоростью фиксации СО₂ в процессе фотосинтеза [6, 7]. Таким образом, скорость тушения замедленной флуоресценции может быть использована как характеристика активности фотосинтетического аппарата единицы ассимиляционной поверхности.

Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) как показатель эффективности фотосинтетической деятельности посева зависит от активности каждой фотосинтетической единицы. Поэтому, на наш взгляд, представляет большой интерес сравнение этого показателя со скоростью тушения замедленной флуоресценции (рисунок 1).

Рисунок 1. Динамика показателей фотосинтетической продуктивности посевов озимой пшеницы (среднее по всем сортам)

В период возобновления весенней вегетации ЧПФ резко возрастает вплоть до фазы трубкования, в то же время, скорость тушения замедленной флуоресценции медленно снижается, но площадь ассимиляционной поверхности посева в этот период резко возрастает. Далее темпы увеличения размеров фотосинтезирующей поверхности падают, и минимумы чистой продуктивности фотосинтеза и скорости тушения замедленной флуоресценции совпадают. Дальнейшее повышение ЧПФ идет практически параллельно с показателем скорости тушения замедленной флуоресценции.

В конце репродуктивного периода чистая продуктивность фотосинтеза остается постоянной, хотя размеры ассимиляционного аппарата посева снижается, но скорость тушения замедленной флуоресценции продолжает расти, что объясняет продолжающийся рост ЧПФ.

Таким образом, скорость тушения замедленной флуоресценции может служить характеристикой фотосинтетической продуктивности единицы ассимиляционной поверхности.

Если скорость тушения замедленной флуоресценции умножить на площадь соответствующих органов растений единицы посева, а затем сложить эти произведения, то получиться величина, с помощью которой можно оценить общую активность фотосинтетического аппарата ценоза в определенный период роста и развития растений. По аналогии с поверхностным фотосинтетическим потенциалом мы рассчитали фотопотенциал, характеризующий величину, продолжительность функционирования и активность фотосинтеза посева, который определяется по следующей формуле:

Этот показатель мы назвали активный фотосинтетический потенциал (АФСП).

Чтобы избежать изменения размерности предложенного фотопотенциала из-за множителя 1/сек, в качестве величины, характеризующей скорость фотосинтетических реакций, мы так же использовали коэффициент энергетической эффективности фотосинтеза (К_ээф).

Коэффициент энергетической эффективности фотосинтеза, рассчитывается как отношение индукционного максимума к стационарному уровню замедленной флуоресценции и определяет долю поглощенной световой энергии, использованной в электрон-транспортной цепи первичных процессов фотосинтеза для синтеза высокоэнергетических химических соединений [8]. Чем выше К_ээф, тем эффективней работа фотохимических стадий фотосинтеза, а, следовательно, и фотосинтетического аппарата в целом.

Полученные результаты представлены в таблице 1, где ПФСП – поверхностный фотосинтетический потенциал, рассчитанный обычным способом; АФСП-1 – фотопотенциал с учетом показателя ( J ₂—J₀)/t₀ (скорость тушения замедленной флуоресценции); АФСП-2 – фотопотенциал с учетом отношения J₂/J₀ (коэффициент энергетической эффективности фотосинтеза).

Таблица 1. Поверхностный фотопотенциал посевов озимой пшеницы с учетом характеристик замедленной флуоресценции (м 2 ·сутки/ м 2 )

Высокорослые сорта

Низкорослые сорта

Таким образом, АФСП-1 и АФСП-2 могут быть использованы для характеристики продукционного процесса посевов озимой пшеницы.

Контрастные сортовые различия с сохранением закономерностей и тот факт, что К_ээф безразмерный коэффициент, дает преимущество АФСП-2 как показателю эффективности фотосинтетической продуктивности посева.

На рисунке 2 представлены данные по структуре АФСП посевов сортов Дея и Краснодарская 99 в репродуктивный период.

Рисунок 2. Структура активного фотосинтетического потенциала посевов озимой пшеницы различных сортов

Абсолютные величины активного фотосинтетического потенциала различных органов низкорослого сорта выше, чем высокорослого, но доля участия каждого органа в общем АФСП не имеет сортовых закономерностей.

Таким образом, применение дополнительных показателей, характеризующих эффективность первичных процессов фотосинтеза, позволяет дать более объективную оценку фотосинтетической продуктивности растений, выявить их реакцию на изменяющиеся условия окружающей среды, определить возможные пути создания наиболее оптимальных условий для их роста и развития.

Источник