Анализ изученности кроны и насаждений яблони как продукционной фотосинтезирующей системы

 

Достижения биологии, физиологии сельскохозяйственных растений, комплексный подход к исследованию продуктивности естественных и искусственных фитоценозов обусловили в последние 60 лет очень существенный рост урожайности посевов и насаждений с/х культур. Появилось много сортов и гибридов, которые в соответствующих условиях дают значительный прирост урожайности.

 

В плодоводстве получили широкое распространение слаборослые подвои, малообъемные формировки крон и загущенные насаждения. Такие типы садов объективно обеспечивают более эффективное использование основного нерегулируемого в полевых условиях ресурса – прихода фотосинтетически активной радиации солнца.

Проводятся интенсивные испытания разных систем формирования и обрезки кроны, технологий возделывания разных плодовых пород и сортов в различных климатических и почвенных условиях. Организован мониторинг плодовых насаждений в разных почвенно-климатических зонах Украины, исследуются адаптации садов к неблагоприятным факторам среды обитания.

При подборе сортов для выращивания в конкретных условиях целесообразно знать их потенциальную продуктивность в данных условиях. При этом в комплексе традиционных параметров, которые используются плодоводами при сравнительном изучении сортов (сила роста, габитус кроны, характер плодоношения, устойчивость к неблагоприятным факторам) целесообразно ввести показатели хозяйственной продуктивности фотосинтеза и фотосинтетический потенциал. Эти показатели дают возможность анализировать, насколько полно может исследуемый сорт использовать потенциал почвенного плодородия, тепловые и световые ресурсы местности и, на этой основе, проводить более рациональные исследования и подбор сортов.

В данной работе сделана первая попытка провести такой анализ трех сортов яблони в условиях предгорной зоны Крыма.

 

 

 

Обзор литературы.

К.А. Тимирязев в результате исследований роли света в фотосинтезе установил «космическую роль» зеленых растений на Земле: растения поглощают поступающий из космоса на Землю солнечный свет, трансформируют световую энергию в химическую энергию продуктов фотосинтеза – органических веществ, которые являются пищей для всех животных и человека. Как следствие это функционального открытия, К.А. Тимирязев поставил задачу более эффективного использования поступающей на Землю от Солнца световой энергии:«…луч солнца, упавший не на зеленый лист возделываемого поля, а на камень или голую землю – это кусок хлеба, безвозвратно потерянный для человечества.»

Опыт целенаправленного выращивания человеком растений для получения урожая плодов накапливался несколько тысячелетий, но только в последние два столетия создаются научные основы этой деятельности.

В плодоводстве устанавливается значение сорта и подвоя, и получают практическую значимость тезисы И.В. Мичурина «Сорт решает успех дела», «Подвой – это фундамент плодового дерева». Проводятся исследования биологии плодовых деревьев и устанавливаются основные закономерности естественного формирования и развития надземной части, корневых систем. Разрабатываются основы интенсификации производства за счет введения и использования слаборослых подвоев, ухода за корневыми системами через орошение, удобрение и комплексов рациональных приемов ее обработки и содержания в междурядьях сада. Разрабатываются системы естественно-улучшенных формировок..

Особенно важна в интенсификации плодоводства роль использования искусственных формировок крон в сочетании с использованием слаборослых подвоев и сортов с комплексом ценных свойств. При этом в качестве теоретической основы применения в саду искусственных формировок малообъемных крон используется тезис: обеспечить достаточно высокую освещенность листьев внутри кроны при загущенном расположении деревьев в ряду, т.е. создавать «крону-ряд».

Такой подход к конструировании сада основан на сформулированном К.А. Тимирязевым тезисе о необходимости рационального использования человеком солнечного света.

Исторически сложилось так, ч то только в 50-х годах прошлого столетия ученые-растениеводы начали применять системный подход к исследованию посевов и насаждений как продуктивных фотосинтезирующих систем. Были разработаны приборы и методики исследований фотосинтеза и светового режима агрофитоценозов, установлены принципы оценки энергетической эффективности посевов и насаждений, принята и осуществлена международная биологическая программа исследований фотосинтеза на разных уровнях, в том числе – уровне агрофитоценозов, проводятся исследования по новой международной программе под эгидой ООН. В результате этих исследований были установлены основные критерии оценки агрофитоценозов как био-физиологических систем: индекса облиствленности (индекса листовой поверхности) посевов разных культур, фотосинтетического потенциала агрофитоценозов, характера распределения фотосинтетически активной радиации в зависимости от структуры посевов основных полевых культур. Установлены механизмы влияния режимов водного и минерального питания на урожайность агрофитоценозов через изменения фотосинтетического потенциала, интенсивности фотосинтеза, его продуктивность и хозяйственный коэффициент.

Разработана концепция создания комплексов последовательных агротехнических мероприятий и приемов по формированию агрофитоценозов с конкретными характеристиками продукционной фотосинтезирующей системы, которые практически гарантируют получение запланированного количества и качества урожая. На основе этой концепции осуществляется программирование урожайности, которое предусматривает мониторинг состояния агроценоза как фотосинтезирующей системы и своевременную коррекцию процессов роста и формирования урожая через изменение водного и минерального питания или воздействия непосредственно на растение.

Большая часть таких исследований и разработок проведена для посевов полевых культур и овощных растений в условиях теплиц. .

Плодовые сады как агрофитоценозы своей структурой и биологическими особенностями плодоношения очень сильно отличаются от полевых агрофитоценозов. По этой причине нельзя механически применять результаты исследований фитоценотической деятельности и урожая в посевах как рекомендации для критериев формирования структуры сада как фотосинтезирующей системы.

Для исследования динамики формирования фотосинтетического потенциала и продуктивности фотосинтеза плодовых деревьев нельзя использовать методические подходы, используемые для этих целей в полевых агроценозах, т.к. они основаны на удалении с поля растений учетных площадок.

По этой причине насаждения плодовых деревьев с разными конструкциями, размерами крон, системами их формирования и обрезки, схемами размещения в саду исследованы как продукционные фотосинтезирующие системы недостаточно, если учесть большое разнообразие биологических особенностей роста, габитуса кроны и плодоношения разных плодовых пород и сортов.

Около пятидесяти лет в Крыму проводились исследования характера распространения суммарной и фотосинтетически активной радиации в кронах яблони, активности и хозяйственной продуктивности фотосинтеза листьев в разных зонах кроны. Этими исследованиями в общем подтверждены данные, полученные в подобных исследованиях, проведенных в других климатических зонах. Установлено, что продуктивность фотосинтеза различна у разных сортов яблони и прямо зависит от среднедневной интенсивности ФАР и интенсивности фотосинтеза в соответствующей зоне кроны.

В результате исследований светового режима кроны в зависимости интенсивности фотосинтеза от освещенности листьев получили теоретическое обоснование практические данные о более высокой урожайности загущенных садов с плоскими и малообъемными кронами. Во всех встреченных в доступной литературе рекомендациях по формированию крон в качестве основного положения указывается, что зона достаточного освещения листьев простирается до 1,5 м в глубину кроны от ее периферийных листьев. В работе отмечается, что при очень сильном загущении кроны зона недостаточного освещения листьев может находиться уже на расстоянии 0,5 м от периферийных листьев. В этой же работе отмечено, что плотность листового полога зависит от формировки кроны, ее обрезки и свойств сорта. Из этого следует важный : рекомендация создавать «плодовую стену» или «крону-ряд» шириной до 2,5 – 3,0 метров не всегда оправдана, нужно учитывать особенности роста, характера ветвления и плодоношения конкретного сорта.

Работами А.А.Ничипоровича и других исследователей агрофитоценозов как продукционных фотосинтезирующих систем установлено, что урожайность агрофитоценоза зависит прямо пропорционально от хозяйственной продуктивности фотосинтеза и фотосинтетического потенциала: Урожайность (сухого в-ва) = ПФ хоз Х ФП.

Хозяйственная продуктивность фотосинтеза яблони – это суточный прирост сухого вещества яблок в расчете на 1 м2 листьев. ПФ хоз прямо зависит от обеспеченности растений водой и освещенности листьев, условий минерального питания растений. На хозяйственный коэффициент фотосинтеза яблони в саду может очень сильно влиять обрезка кроны, а также биологические особенности сорта и подвоя.

Учитывая разную адаптированность сортов яблони к температурному и водному режиму атмосферы в период вегетации, можно предположить, что средняя за день интенсивность фотосинтеза и общее накопление (прирост) сухого вещества биомассы в расчете на 1м2 листьев за сутки у разных сортов также могут быть разными в одинаковых условиях.

В доступной литературе нет сведений о чистой продуктивности фотосинтеза яблони, а сведения о хозяйственной продуктивности фотосинтеза встречаются очень редко. Это обусловлено большими методическими трудностями в отличие от полевых культур, имеющих относительно небольшие размеры растений, у плодоносящих деревьев яблони практически невозможно провести прямые учеты годичного прироста биомассы всего дерева. Для таких растений применимы методы расчета прироста биомассы по учетам объемов древесины и массы листьев и плодов.

Значительно проще проводить расчеты хозяйственной продуктивности фотосинтеза через учеты массы урожая с одного дерева и площади листьев в его кроне. Однако такой подход к решению задачи возможен практически только в садах с малообъемными кронами, т.к. площадь листьев в кроне всего дерева определить очень трудно. Хозяйственную продуктивность фотосинтеза определяют кольцеванием плодоносных веточек (кольчаток¸копьец, плодовых прутиков). При этом отток продуктов фотосинтеза из листьев, расположенных на такой веточке, прерывают удалением неширокого кольца коры. В результате такой операции практически все продукты фотосинтеза листьев, расположенных выше снятого кольца коры, расходуются на рост плода. Прирост сухого вещества плода за время опыта учитывается по разнице массы в начале (в день окольцевания веточки) и в конце (при созревании плода) определения. Для определения содержания сухого вещества в плоде в начале опыта подбирают точно таких же размеров плод этого же сорта. По данным этот метод можно использовать и для определения чистой продуктивности фотосинтеза яблони. Для этого, кроме прироста сухого вещества плода, нужно учесть также прирост сухого вещества окольцованной веточки.

При кольцевании веточки с плодами нужно учитывать, что о суммарной площади листьев, которые будут питать плод на окольцованной ветке, может зависеть продуктивность их фотосинтеза. Необходимо также помнить, что в разных по освещенности листьев зонах кроны продуктивность фотосинтеза может различаться очень сильно. Эти сведения говорят о несовершенстве метода, т.к. он требует учета большого количества сопутствующих факторов.

Несмотря на методические трудности, полная оценка потенциальной продуктивности сорта в конкретных условиях выращивания невозможна без таких исследований. Это заключение основывается на недостаточном обосновании практических рекомендаций расчета удельной облиствленности завязей при прореживании плодов в кронах яблони на разных подвоях, суммарной площади листьев для получения запланированного урожая с 1 дерева и 1 га сада. Например, проф. А.П.Драгавцев приводит сведения о том, что при нагрузке яблонь урожаем 1,0 – 1,5 кг плодов на 1 м2 листьев в кроне обеспечивает регулярное плодоношение, а 2,0 кг и более на 1 м2 листьев вызывает периодичность плодоношения. Мержаниан Ю.А. приводят результаты расчетов удельной продуктивности листьев в разных зонах кроны яблони. Он изменяется от 1,0 – 0,3 кг внутри кроны до 0,8 – 1,3 кг яблок на 1 м2 листьев в других зонах кроны. При этом автор отмечает, что при устойчивой обеспеченности растений водой более продуктивны листья деревьев на слаборослом и среднерослом подвое по сравнению с сильнорослыми. Но при недостатке орошения и засушливом лете у деревьев на слаборослом подвое удельная продуктивность листьев снижается сильнее, чем на сильнорослых. Автор не приводит сведений продуктивности листьев разных сортов яблони, а этот вопрос имеет очень большое значение для подбора сортов в конкретных климатических условиях. В работе Н.И.Копылова отмечаются различия продуктивности фотосинтеза трех сортов яблони. Учитывая разную адаптированность сортов к местным условиям, исследование хозяйственной продуктивности фотосинтеза как показателя адаптированности сорта может иметь большое значение.

Посевы однолетних полевых культур, насаждения плодовых деревьев – все агрофитоценозы – создаются для получения урожая, чтобы удовлетворить потребности для питания с/х животных и человека, решать экономические задачи. Урожай (хозяйственная часть биомассы растений) формируется из продуктов фотосинтеза и интегральным показателем эффективности фотосинтеза является его хозяйственная продуктивность. В процессе фотосинтеза происходит трансформация световой энергии солнечного излучения в химическую энергию органических соединений, которые синтезируются из СО2 и Н2О. Фотосинтез зависит от многих внешних условий и внутренних факторов растений в агроценозе, но, в конечном итоге, все эти условия и факторы не изменяют главного условия – если световая энергия в достаточной мощности не поглощается листьями, то фотосинтез невозможен.

Поэтому, с точки зрения физики, агрофитоценозы нужно рассматривать как «ловушки» световой энергии, поступающей на Землю от Солнца и «устройства», которое эту «пойманную», т.е. поглощенную хлоропластами энергию «консервируют» и накапливают в биомассе.

Такой подход к оценке агрофитоценозов дает основной критерий – энергетическую эффективность посева, насаждения. Этот критерий показывает, какая часть фотосинтетически активной радиации солнца, поступающей на всю площадь агрофитоценоза, использована растениями и накопилась в виде химической энергии в урожае с этой площади. Очевидно, что чем выше урожайность, тем выше и энергетическая эффективность. Чтобы повысит энергетическую эффективность агрофитоценоза, необходимо обеспечить максимально возможное в конкретном агроценозе поглощение ФАР в течение вегетации. Основной путь решения этой задачи – обеспечить достаточную облиствленность агрофитоценоза за весть этот период.

Как уже отмечалось, эффективность фотосинтетической деятельности листьев в плодовом саду как агрофитоценозе характеризуется хозяйственной продуктивностью фотосинтеза. Хозяйственная продуктивность показывает, сколько граммов сухого вещества плодов накапливается за каждые сутки периода формирования урожая одним м2 листьев.

Урожайность, т.е. масса всех плодов на 1 га сада, формируется на этой площади не одни сутки, а в течение всего периода от цветения до созревания плодов, и не 1 м2 листьев, а всей площадью листьев, которая «работает» на 1 га сада в течение периода формирования урожая. Показатель, который дает возможность оценить агрофитоценоз как фотосинтезирующую систему, способную обеспечить формирование определенной урожайности при известной продуктивности фотосинтеза, называют фотосинтетическим потенциалом. Величину фотосинтетического потенциала 1 га фитоценоза математически можно выразить как произведение среднесуточной за время формирования урожая суммарной площади листьев на 1 га (S ср (м2)) и количества суток в периоде формирования урожая (n сут): ФП = S ср, м2 Х n сут.

Установлено, что для получения удовлетворительных урожаев при средних значениях продуктивности фотосинтеза фотосинтетический потенциал полевых культур должен быть не менее 1 млн м2 * суток.

Для садовых агроценозов в доступной литературе сведения о фотосинтетическом потенциале садов разного типа не найдено. Учитывая принципиально важное значение фотосинтетического потенциала сада в его урожайности, целесообразно дать краткий анализ возможностей увеличения ЫАР сада.

ФП рассчитывается как произведение двух сомножителей: средней площади листьев и количества суток формирования. Поскольку длительность периода формирования урожая является сортовым признаком и практически очень мало зависит от агротехники, основным и практическим единственным способом увеличить ФП сада является принятие мер по увеличению суммарной площади листьев в саду, т.е. повышение облиствленности сада. Облиствленность сада можно охарактеризовать несколькими показателями: суммарной площадью листьев в кроне одного дерева или 1 га сада, а также индексом облиствленности (или индексом листовой поверхности - ИЛП), т.е. соотношением суммарной площади листьев с площадью поверхности почвы, над которой эти листья расположены.

Для полевых культур сплошного сева ИЛП считается оптимальным при значениях 5 – 6, т.е. на 1 га посева размещается 5 – 6 га суммарной площади листьев. Для насаждений плодовых деревьев часто используются рекомендации придерживаться таких же величин ИЛП. Однако структура садового агроценоза принципиально отличается от структуры посева полевых культур. В саду любой конструкции значительная часть поверхности почвы (междурядья сада) остается незанятой деревьями. Поэтому ИЛП сада целесообразно рассчитывать как соотношение суммарной площади листьев кроны и площади проекции этой кроны на поверхность почвы. При таком расчете ИЛП сада должен быть значительно более высоким, чем ИЛП поля. При этом очень важно, чтобы крона не была загущена. Структура кроны зависит от сортовых особенностей дерева, но может быть создана и поддерживаться в заданных параметрах обрезкой и формированием.

Динамика нарастания площади листьев в начале вегетации зависит от характера ветвления (у сортов с преобладанием кольчаток облиствленность нарастает быстрее) и обрезки (укорачивание годичных приростов задерживает нарастание облствленности кроны).

В имеющейся литературе очень мало сведений о сравнительных характеристиках формирования облиствленности и фотосинтетическом потенциале разных сортов в насаждениях различной конструкции крон плодовых деревьев, поэтому исследования в этом направлении и могут быть актуальными.

Анализ изученности кроны и насаждений яблони как продукционной фотосинтезирующей системы показывает, что в существующих садах при урожайности 30 – 40 т плодов с 1 га потенциал сада как физиологической системы реализуется далеко не полностью. Часто этот потенциал садов в конкретных условиях просто неизвестен. По этой причине целесообразно проводить исследования основных показателей сорта, от которых зависит урожайность сада как результат функционирования его как продукционной фотосинтезирующей системы. Зная эти показатели, можно судить а потенциале урожайности этого сорта в конкретных условиях и принимать целенаправленные меры по реализации этого потенциала через корректировку в системе мер по созданию сада и ухода за ним.

 

Вы здесь: Главная Тематические статьи Анализ изученности кроны и насаждений яблони как продукционной фотосинтезирующей системы