Влажность и фотосинтез
Влажность и фотосинтез
Изменения климата сказываются на водообеспечении и температурных условиях развития растений. Дефицит влаги в почве затрудняет усвоение растением элементов питания, тормозит ее рост, фотосинтез и другие физиолого-биохимические реакции. По оптимального содержания в почве азота, фосфора и калия на синтез единицы массы сухого вещества, например пшеницей, нужно 480 ед. массы воды, льном — 787. Избыточная влажность почвы также негативно влияет на поглощение элементов питания и процессы синтеза и распада, в частности, в тканях растения могут накапливаться до уровня токсических концентраций закисного соли железа и марганца и т.д.. Температура ниже 0 ° С стремительно тормозит процессы фотосинтеза. Это происходит как вследствие замедления скорости ферментных реакций, так и из-за обезвоживания клеток, вызванное образованием кристаллов льда.
Большинство растений Центральной Европы в этих условиях испытывает низкотемпературного стресса, тогда как полярные и высокогорные растения и хвойные деревья сохраняют жизнедеятельность и способность к ассимиляции СО 2 при температурах значительно ниже 0 ° С. С другой стороны, повышение температуры более оптимум приводит тепловые стрессы и обезвоживания у растений вследствие повышенной транспирации влаги и высушивания грунта. Как известно, оптимум процесса фотосинтеза находится между 20 и 35 ° С. Максимальная температура, при которой еще возможен фотосинтез, колеблется в пределах 35-50 ° С, однако это касается только термофильных водорослей.
Проанализировав данные 26 метеостанций Украина фактически за всю прошлый век, ученые, в частности М. Барабаш с коллегами, пришли к выводу об общей тенденции к повышению среднегодовой температуры воздуха и увеличение количества атмосферных осадков, соответственно, на 0,3-0,7 ° С и на 50-100 мм. По их мнению, вырастет также внутришньосезонна изменчивость метеопараметров. В ближайшем будущем в Украине прогнозируют аномально холодные зимы с внезапными перепадами температур и нехваткой снега. Летом могут возникать засухи.
Подавляющее большинство прогнозов убеждает, что техногенное нарастание парникового эффекта является угрозой для цивилизации и биосферы. Биологи утверждают, что в арсенале методов борьбы с глобальным потеплением главное место должно принадлежать восстановлению природных экосистем: лесных насаждений, болот, лугов, морских и пресноводных водоемов, уменьшению площади пахотных земель, совершенствованию биологических агротехнологий, поиска и селекции высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур, которые отличаются значительными коэффициентами усвоения солнечной энергии и углекислоты. Современная научная мысль работает над разработкой новейших агротехнологий, направленных на обогащение почвы гуминовыми соединениями. Это не только решит проблему улучшения их плодородия, но и способствовать надежному депонированию в них избытка углерода.
Засуха — потери мирового ВВП или высокие урожаи?
Сильные и продолжительные засухи приводят к серьезным экономическим и социальным стрессам. По данным ООН, засухи относятся в тройку крупнейших стихийных бедствий вместе с тропическими циклонами и наводнениями.
По имеющимся оценкам, повышение глобальной температуры на 2-3 о С повлечет постоянные экономические потери на уровне 0-3% от общемирового производства. При потеплении на 5-6 о С, которое является вероятным в следующем столетии, потери могут достигать 5-10% мирового ВВП.
Из общего количества солнечной энергии, поступающей в атмосферу, примерно 20% поглощается парниковыми газами (углекислота, метан, кислород, азот, озон и др.)., Которые прозрачны для коротковолновой радиации, но задерживают тепловое излучение с поверхности планеты, 47 аккумулируется деятельным слоем суши и океана, 5 — облаками и 28% отражается в околоземное пространство. Следует подчеркнуть важную роль растительности в формировании альбедо: кроны деревьев дают 10-15%, травяной покров — 20-25, пашня — 15%.
По сельскохозяйственной отрасли в целом, по мнению некоторых специалистов, потепление климата положительно скажется на продуктивности растениеводства, ведь интенсивность процессов фотосинтеза, в зависимости от инсоляции и температуры, может вырасти на 30-100%. Такие культуры, как пшеница, ячмень, подсолнечник, рис и соя созревать быстрее, их урожайность повысится на 20-30%.
На примере озимой пшеницы ученые предполагают, что на всей территории Украины даты наступления фенологических фаз, по сравнению с современными, изменятся на более ранние сроки: смещение дат появления всходов от трех дней в Лесостепи до семи — на Полесье. На 3-6 недель раньше наступать фенологические фазы развития пшеницы в весенний период. Максимальное смещение в сторону ранних сроков ожидается на Полесье, а наименьшее — в Степи. Изменится и продолжительность межфазных периодов. Так, срок межфазного периода всходы-колошение сократится на неделю в Степи и на 3 недели — на Полесье. Учитывая это изменения климата будут способствовать развитию молочного животноводства в Степи и западном Полесье.
Положительно оценивая прогнозы отечественных специалистов, стоит заметить, что кое-кто понимает глобальное потепление слишком прямолинейно. Ведь повышение среднегодовой температуры на 1 и даже 3 ° С не означает исчезновения похолоданий и заморозков на юге государства и в Автономной Республике Крым, как и не исключает возникновения спорадических засух в степной и лесостепной зонах.
Стратегии против глобального потепления
На современном этапе развития сельскохозяйственного производства ученые рассматривают две стратегии уменьшения негативного влияния на сельское хозяйство последствий глобального потепления:
стратегия смягчения, направлена ??на разработку мер по уменьшению эмиссии парниковых газов и увеличение стока углерода. Она предназначена для замедления влияния негативных последствий, обусловленных изменением климата, и может быть реализована на региональном, государственном и международном уровнях;
адаптивная стратегия, которая предусматривает смену менеджмента экосистем и направлена ??на настройку систем управления сельскохозяйственным производством в условиях изменения климата на локальном (местном) уровне.
Теоретический классификатор
Засуха — это несвойственное для данного региона длительное проявление сухих и жарких погодных условий. То, что для одного региона (юг Украины — малое количество атмосферных осадков и повышенная температура воздуха) является нормой, то для другого — чрезвычайным событием. Такие районы, с неустойчивыми из года в год погодными условиями, называют районами рискованного земледелия.
Основной показатель засухи — это недостаток влаги на фоне теплой и даже жаркой погоды.
Засухи классифицируют по нескольким показателям:
1) по количеству выпавших осадков в течение месяца:
сильные, когда сумма осадков за месяц менее 50% нормы (в среднем по многолетним данным);
средние, когда сумма осадков за месяц составляет 50-75% от нормы;
слабые, когда сумма осадков за месяц превышает 75% нормы, но менее 100% от нормы;
2) по степени уменьшения урожайности по сравнению с предыдущих 5 лет:
очень сильная, если урожайность уменьшилась более чем на 50%;
сильная, если урожайность составляет 20-50% в текущем году по сравнению с 5 предыдущих лет;
слабая, если потери урожая составляют 20% и менее;
3 ) по продолжительности бездождевых периода:
сильная засуха, если продолжительность этого периода составляет более 40 дней в течение вегетационного периода;
средняя, ??если период бездождия длится от 20 до 40 дней;
слабая, если период бездождия длится менее 20 дней, но не более 10;
4) за периодом года:
ранневесенняя засуха приходится на период « посев-всходы-начало-кущения » , обычно от начала до конца мая, опасна для ранних зерновых культур;
весенне-летняя — приходится на фазы «кущения-выхода в трубку-колошения», преимущественно от третьей декады мая до конца июня, опасная для ранних зерновых и поздних однолетних, а также плодовых растений;
поздняя летняя — приходится на период «цветения-созревания зерна», обычно в июле;
осенняя — неблагоприятная для сева озимых и получения их лестниц;
стойка (полная) засуха — наблюдается в период от посева до полного созревания зерна с редкими дождями в отдельные фазы развития растений.
Для эффективного управления продуцийний процесс в земледелии специалистам агропромышленного производства важно знать и уметь выявить время наступления засухи и предусмотреть возможные негативные последствия.
Практические инструменты
Есть ряд традиционных способов выявления засухи. Для этого обычно используют такие метеорологические данные: количество атмосферных осадков, температура поверхности почвы и воздуха, влажность почвы и воздуха.
Индекс Пальмера (PalmerDroughtSeverityIndex (ThePalmer; PDSI) применяют для определения времени наступления засухи и выявления степени ее строгости. Этот индекс определяет метеорологическую засухи. Он основан на концепции «запасы-расходы» влаги уравнения водного баланса, учитывая точный дефицит влаги. Индекс калиброванный для однородных участков, поэтому он эффективен на больших площадях с одинаковой топографией.
Индекс «Запасы поверхностной влаги» (SurfaceWaterSupplyIndex) учитывают уникальные факторы, скажем, как запасы снежного покрова. Для мониторинга условий увлажнения используют «Стандартный индекс осадков» (StandardizedPrecipitationIndexSPI). Он основан на определении вероятности выпадения осадков для любого временного масштаба. Отличительной особенностью этого индекса является то, что он проявляет наступления засухи ранее, чем индекс Пальмера.
Еще одним инструментом определения засухи является «Индекс критического содержания воды в посевах» (CWSI), который нормализует сезонные и дневные отклонения температурных измерений растительного покрова:
CWSI = 1-mad = Ed / Epd,
где Ed-ежедневное реальное суммарное испарение; Epd-ежедневное теоретическое испарения; mad-реальная влажность, которая представляет собой отношение ежедневного реального до ежедневного теоретического испарения.
И без воды беда, и с ней тоже
Среди зерновых культур важное место занимает озимая пшеница, значительные площади которой расположены почти во всех почвенно-климатических зонах Украины и составляют главный ресурс зернового потенциала страны. Что касается озимых ржи, ячменя, то выращивание этих культур практикуется на значительно меньших площадях.
В зимний период на полях озимых культур также могут наблюдаться такие явления, как образование ледовой корки, выпирания, выпревания и вымокания.
Образования ледовой корки — это одна из основных причин гибели озимых культур на большой площади. Иногда толщина притертой ледовой корки доходит до 20 см, которая держится на полях в течение месяца, а иногда и значительно дольше.
Основной причиной выпирания на полях озимых является образование в грунте под воздействием низких температур ледовых кристаллов. Лед, который при той же массе с водой, имеет больший объем, расширяется, в результате чего корни растений разрываются, узел кущения выносится на поверхность почвы и под воздействием низких температур погибает.
Случаи выпревания растений озимых культур наблюдаются преимущественно в пониженных элементах рельефа, где накапливается большое количество снега, который очень медленно тает, даже внезапного повышения температуры. Растения, находящиеся под снегом в условиях сравнительно высоких температур, энергично восстанавливают процесс дыхания, вследствие чего наблюдается истощение и голодание. Ослаблены растительные организмы становятся более чувствительными к заболеваниям. Они повреждаются заморозками и болезнями, главным «снежной плесенью».
Вымокание озимых связано, прежде всего, с накоплением на посевах весенней талой воды, которая не поглощается почвой вследствие его предыдущего промерзания и образования водоупорного слоя. Значительное количество влажные накапливается в низинах, заполняет все грунтовые поры и капилляры, что вызывает кризисную недостатка кислорода, необходимого растениям для дыхания. При достаточно длительного времени пребывания воды на поверхности почвы полей озимых культур наблюдается четко выраженная гипоксия (недостаток кислорода), а затем — гибель растительных организмов.
По зиме полезно знать о вегетацию
Наиболее важным в процессе выращивания и получения урожаев озимых является определение способности растений продолжать нормальную вегетацию после прохождения зимнего периода. Для этого используют следующие методы:
Метод монолитов дает наиболее достоверную оценку жизнеспособности посевов озимых культур. Отбирать монолиты необходимо 25 января, 20 февраля, 10 марта, 20 марта, а также после сильных снижений температуры или воздействия других неблагоприятных условий.
Для использования этого метода из типичных участков поля отбирают грунт с растениями (так называемый монолит) размером 30х30 см и толщиной 15 см.
Монолиты размещают в деревянные ящики и перевозят в помещение с температурой +5 +10 ° С для оттаивания. После полного оттаивания (как правило, 1-1,5 суток) монолиты переносят в теплое, хорошо освещенное помещение с температурой +17- +20 ° С. Верхнюю часть растений на высоте 5-7 см от поверхности почвы срезают, а оставшуюся часть, поливают водой комнатной температуры, не допуская пересыхания монолита. Предварительную оценку жизнеспособности растений можно осуществлять через 10 дней, а окончательную — через 2-3 недели.
Визуальная оценка растений позволяет оценить их жизнеспособность. Если наблюдается, как минимум, отрастания листовых пластинок, то такие растения считают жизнеспособными. В случае же образования новых листьев и узловых корней, сомнений в их жизнеспособности нет.
Водяной метод обеспечивает более быструю оценку состояния растений озимых культур. Однако его достоверность несколько ниже метод монолитов.
В типичных местах посева вместе с комьями почвы осторожно извлекают растения озимой пшеницы (0,5 м в строке). Затем их размораживают и отмывают корни водой комнатной температуры. После отмывания концы корней обрезают на расстоянии 3-4 см, а побеги с листьями на 5-6 см от узла кущения.
Подготовленные растения размещают в мелкие емкости с водой, чтобы они были укрыты водой на 2-3 см выше уровня узла кущения и оставляют в хорошо освещенном помещении с температурой +18 … +20 ° С. Воду в емкостях меняют через каждые два дня, потому что именно через этот промежуток времени жизнеспособные растения начинают активно отрастать, образуя новые листья и корешки. Поврежденные экземпляры отрастают слабо, а погибшие не образуют новых листьев и корней вообще.
Сахарный метод (разработан Институтом растениеводства имени В. Я. Юрьева НААН Украины). Основной особенностью этого метода является использование для отрастания растений вместо воды раствора сахара. При этом в живых растений уже через сутки наблюдается прирост листовых пластинок 3-6 мм. Погибшие растения прироста не дают. Окончательный учет жизнеспособности озимых культур осуществляют через трое суток.
Метод красителей. Для определения жизнеспособности растений используют реакцию тканей растения на ривнерозмищення конуса нарастания с такими химическими красителями, как фуксин кислый и тетразол. Вследствие контакта срезов растительных тканей на предметном стекле с каплями этих красителей образуется специфическую окраску.
Фуксин окрашивает мертвые ткани в ярко-красный цвет, живые клетки остаются слабо-зелеными или бесцветными. Тетразол не меняет цвета погибших тканей, а в живых клетках образуется химическое соединение формазин, имеющий ярко-малиновый или вишневый цвет.
Метод биологического контроля состоит в наблюдении за конусом нарастания растений, предварительно раскрыв его от зачатков листьев. В жизнеспособных растений конус нарастания упругий, бледно-зеленый. У погибших экземпляров он вялый, мутный, желто-бурого и коричневого окраса. Визуальный анализ целесообразно осуществлять бинокулярной лупой.