IV.3. ОПТИМАЛЬНАЯ ПЛОЩАДЬ ЛИСТЬЕВ И УРОВНИ ПРОДУКТИВНОСТИ ВИНОГРАДНИКОВ
Максимальная фотосинтетическая работа возможна при оптимальной структуре и оптимальной площади листьев ценоза.
Суммарное накопление продуктов фотосинтеза характеризуется показателем суточного прироста сухих органических веществ С в расчете на 1 растение или на 1 га. Величина его определяется размерами листовой поверхности Л и ЧПФ и может быть рассчитана по уравнению (IV.4). Площадь листьев, при которой суточный прирост органической массы имеет наибольшую величину СМакс, получила название оптимальной Л0пт [255, 259]. Оптимальной принято считать также такую площадь листьев, которая обеспечивает максимальный газообмен посева [360, 471, 472, 487].
Оптимальная площадь листьев зависит от структуры РП, видовых особенностей растений, режима ФАР, а также от условий среды. Согласно сводке, составленной Тоомингом [360], у сельскохозяйственных культур оптимальная площадь листьев варьирует в пределах 2—7 м2/м2.
В основе определения Л опт посева, насаждения или единичного растения лежит связь между величинами Л и ЧПФ. Как показывают исследования, при прочих равных условиях между этими показателями существует обратная зависимость [251, 380]. Графически она чаще имеет прямолинейный вид [259, 439], хотя в отдельных случаях представляется кривой [110]. Если ЧПФ уменьшается в зависимости от Л прямолинейно, то теоретически оптимальная Л, при которой достигается Смакс> соответствует значениям Л, когда ЧПФ снижается вдвое от первоначальной величины [259].
На рис. 35, где представлены линии регрессии ЧПФДЯ, показаны также кривые суточных приростов общей сухой биомассы 1 га виноградника. Найденные по ЧПФ значения Л0Пт действительно соответствуют Смакс Для сортов Шабаш и Рислинг значения Лот 1 га виноградника составили соответственно 25 и 19 тыс. м2 (LAIom равно 2,5 и 1,9). Следовательно, указанные площади листьев характеризуют уровень потенциальной биологической продуктивности исследуемых насаждений с рядовой посадкой кустов. Следует отметить, что показатели Л опт и СМакс являются временными признаками ценоза в ходе его формирования. Значения Л0т могут меняться в зависимости от структуры насаждения, состояния растений, водообеспеченности и других факторов.
Полученные количественные характеристики позволяют представить в общем виде механизм ФД виноградника в зависимости от его структуры и наметить уровни его продуктивности (рис. 36).
Рнс, 35. Линии регрессии ЧПФ как функции площади листьев и Лоптвиноградника для сортов Шабаш (/) и Рислинг (2).
Рис. 36. Графическое представление механизма фотосинтетической деятельности виноградника.
1 — Убиол, 2 — Ухоз потенциальный, 3 — Кхоз, 4 — ЧПФ, 5 — Ухоз, реальный.
С увеличением площади листьев Л на 1 га растет величина Убиол, но не пропорционально, поскольку одновременно снижается ЧПФ. По мере роста Убиол повышается Ухоз Максимальные уровни Ухоз при заданных площадях листьев характеризуются линией регрессии 2 при условии, что величина ЛХоз остается постоянной (0,45 для сорта Шабаш). Однако по мере роста площади листьев Кхоз снижается, и в результате реальные уровни Ухоз (кривая 5)отклоняются от максимальных. Возникает как бы «эффект ножниц».
Между реальными урожаями (кривая 5) и площадью листьев виноградника обнаруживается квадратическая зависимость, которая для сортов Рислинг и Шабаш описывается соответственно уравнениями:
Yхоз =10,75 + 0,897Л—0,0273Л2 (10<Л<20), (IV. 11)
Yхоз = 5,93+ 1,494 Л—0,0352 Л2 (5<Л<20). (IV. 12)
Рассчитанные по уравнениям значения Ухоз хорошо совпадают с графическими значениями. По данным Ординовой [265], зависимость между густотой посадки винограда и урожаями (в сыром весе) также описывается уравнением параболы.
Таким образом, потенциал виноградника объективно могут характеризовать три уровня продуктивности.
Первый уровень продуктивности — фактическая хозяйственная продуктивность насаждения, определяемая фактическими значениями показателей ФД.
Второй уровень продуктивности — максимальная реальная хозяйственная продуктивность при некоторых более высоких по сравнению с первым уровнем значениях ФП и Убиол. Для сорта Рислинг этому уровню соответствует площадь листьев 16 тыс. м2/га, для сорта Шабаш — 20—22 тыс. м2/га (на рис. 36 заштрихованная зона).
Третий уровень продуктивности характеризует потенциальную биологическую продуктивность насаждения, определяемую величиной <У70пт (19 тыс. м2/га для сорта Рислинг и 25 тыс. м2/га для сорта Шабаш).
Вследствие варьирования у винограда показателей плодоносности побегов в отдельные годы значения Ух03 могут быть выше «средних регрессионных».
Таким образом, можно заключить, что задача оптимизации структуры виноградника как фактора ФД растений сводится к отысканию в каждом отдельном случае параметров, обеспечивающих достижение второго (максимального хозяйственного) уровня продуктивности виноградника.
При реализации этой задачи необходимо принимать во внимание по меньшей мере два обстоятельства.
Первое из них обусловлено тем, что, в отличие от кустарниковых и древесных пород, генетический потенциал пространственного роста у винограда как лианы необычайно велик. В литературе описан гигантский виноградный куст 170-летнего возраста, выросший в Калифорнии, который покрывал площадь 0,5 га, имел штамб окружностью 210 см и давал урожай до 100 ц винограда [236, 291]. По данным Уинклера [378], виноградный куст в округе Санта-Барбара (Калифорния) занимал площадь 1080 м2 и в возрасте 65 лет давал урожай более 4,5 т. Урожай другого куста в возрасте 50 лет составлял 8 т, а штамб имел в обхвате 275 см. Таким образом, при благоприятных условиях размещение на 1 га всего нескольких кустов уже может обеспечить значительные урожаи.
Принцип культивирования мощных растений с высоким потенциалом роста и продуктивности при сравнительно небольшой густоте посадки заложен в так называемых системах «беседочного» или «шатрового» типа. Так, например, в Аргентине, занимающей первое место в мире по урожаю винограда с единицы площади, виноградарство основывается на «крышеобразных» формировках при плотности посадки 800—1000 кустов на 1 га [185]. В книге Мозера [214], в примечании на с. 122, О. П. Рябчун отмечает, что сорт Карабурну в Италии на высокоштамбовых формировках беседочного типа дает от 300 до 500 ц/га. Высокую продуктивность систем «сомкнутой крыши» с горизонтальным формированием кустов в условиях Италии отмечает Луни [462]. В Узбекистане беседочные системы типа «воиш» на отдельных участках дают до 400 ц/га, а на небольших участках — до 800 ц/га винограда [315]. Расчетная величина КПД ФАР таких виноградников около 3%.
Наряду с этим практический опыт показывает, что высокий потенциал продуктивности виноградника может быть достигнут и противоположным путем—за счет увеличения на 1 га количества кустов, т. е. путем создания загущенных посадок. «Уже давно виноградари поняли,— отмечает Мозер [214, с. 22],— что можно получать более высокие урожаи, если подвязывать к одному колу меньше побегов, увеличивая при этом число кольев (т. е. побегов.— А. А.) на единицу площади». Однако в этом случае, в отличие от систем беседочного или шатрового типа, вегетативная масса растений размещается не в горизонтальной плоскости, а на вертикальных опорах — кольях и шпалерах. Эффект «сомкнутой крыши» достигается, таким образом, за счет уменьшения межкустного расстояния.
Литературные данные показывают, что еще в начале текущего столетия на виноградниках севера Франции (Шампань) высаживали до 60 тыс. кустов на 1 га [382]. Гаврилов [83] приводит данные, согласно которым в условиях юга Украины в среднем за 29 лет в редких посадках (1600 кустов) урожайность составила 103 ц/га, а в загущенных (10 тыс. кустов) — 321 ц/га. При размещении на I га 28 500 кустов (посадка 70Х Х50 см) урожай сорта Алиготе в первый год плодоношения составил 123 ц/га, а максимальный за все годы исследований — 640 ц/га. Величина КПД ФАР в этом случае составляет 3,5%.
Приведенные фактические данные косвенно подтверждают высказанное нами в главе II положение о том, что наибольший потенциал продуктивности виноградника может быть достигнут при условии, когда листовая масса растений образует на 1 га сомкнутый листовой покров с оптимальными оптическими характеристиками. Отклонение рассчитанных КПД ФАР (3— 3,5%) в рассматриваемых случаях от максимального уровня (5%) можно, очевидно, объяснить тем, что листовая масса виноградников не имела оптимальной оптической плотности. Приближенные расчеты показывают, что доведение КПД ФАР до уровня 5% за счет оптимизации оптической плотности листового покрова виноградника обеспечило бы получение в европейской части страны сухой биомассы, равной 50 т/га, что при Кхоз = 0,5 и 20%-ном содержания сухого вещества в ягодах соответствует 125 т сырого урожая гроздей.
О принципиальной возможности получения таких урожаев свидетельствуют экспериментальные данные, характеризующие виноград как растение, обладающее необычайно высокой потенциальной продуктивностью. В опытах Мошкова [221] при искусственном освещении одноглазковые черенки тепличного сорта Фостер в горшках меньше чем за четыре месяца дали грозди, вес которых достигал 1 кг на среднее растение. В наших вегетационных опытах [19] урожай одного куста сорта Мускат белый в возрасте 3—4 лет достигал 2 кг. При площади горизонтальной поверхности сосуда 0,13 м2 урожай гроздей составлял 15,4 кг на 1 м2, или 154 т на 1 га. Можно отметить, что полученная расчетная величина урожая примерно одного порядка (по сырой массе) с урожаями плодовых культур в так называемых «суперинтенсивных» (луговых) садах, где при размещении на 1 га 90—160 тыс. деревьев урожаи достигают 160—180 т/га [157].
Второе обстоятельство, связанное с оптимизацией структуры виноградника как фактора ФД, касается организационно-экономических аспектов проблемы.
В существующих условиях структуру виноградника нельзя рассматривать в отрыве от механизации, трудовых ресурсов, затрат труда, денежных и материальных средств на единицу площади и на 1 ц продукции. Практический опыт показывает, в частности, что несовершенство средств механизации для виноградников с относительно узкими междурядьями ограничивает возможности рационального использования площади земли в зонах, где более продуктивными оказываются загущенные посадки [83, 286], С другой стороны, увеличение ширины междурядий и перевод кустов на штамбовую систему со свободным размещением побегов (при соответствующих природных условиях) позволяет снизить трудоемкость отдельных технологических операций по уходу за кустами, повысить производительность машин, уменьшить капитальные вложения на 1 га виноградника [95, 274].
Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо согласованное решение агробиологических и организационно-экономических аспектов проблемы продуктивности с целью наиболее полного использования природных ресурсов и потенциала виноградника.
Такое заключение в целом согласуется с выводами Рябчуна, сделанными на основании анализа обширных данных как отечественных, так и зарубежных исследователей. В зависимости от природных условий (главным образом естественной влаго-обеспеченности территории) рациональными принимаются следующие параметры для шпалерно-рядовых виноградников [319].
1. В засушливых районах при сумме осадков 400—450 мм — среднештамбовая культура при высоте штамба 60—80 см и ширине междурядий 2 м.
2. В районах с суммой осадков 500—550 мм без орошения — высокоштамбовая культура при высоте штамба 110—120 см и ширине междурядий 3 м.
3. В районах с суммой осадков более 550 мм или на орошаемых почвах — высокоштамбовая культура при высоте штамба 120—130 см и ширине междурядий 3,5 м, особенно для сильнорослых сортов.
Оптимальные параметры ширины междурядий при «широкорядной» высокоштамбовой культуре установлены для Болгарии— 3,4 м, для ФРГ — 3,0—3,2 м, для Франции — 3,0—3,5 м, для Австрии — 3,0—3,5.
Положение, содержащееся в первом пункте выводов Рябчуна, будет нами дополнительно обсуждаться в главе VI при рассмотрении материалов о транспирационных расходах виноградника в связи с его радиационным режимом.
Таким образом можно заключить, что в основе формирования урожаев винограда лежат те же механизмы ФД, что и у других сельскохозяйственных культур. Едины и потолки биологической продуктивности (для конкретных природных условий). Причина относительно низких КПД ФАР виноградников обусловлена не природой растения, а способом его культуры. При оптимальных условиях, когда растение может занять всю площадь насаждения, оно способно давать такие же урожаи, как кукуруза, сахарный тростник и др., что свидетельствует о высокой фотосинтетической активности винограда и возможности достижения теоретического потолка продуктивности.
Следовательно, задача заключается в том, чтобы средствами агротехники через структуру насаждения и архитектуру кустов достичь максимальной продуктивности в зависимости от комплекса естественных условий: обеспеченности ФАР, водой, минеральным питанием и др. Сами по себе эти факторы — лишь предпосылка для получения высоких урожаев, предпосылка важная, но требующая реализации. Осуществить это можно посредством активной оптимизации процесса формирования урожая, когда все агроприемы подчиняются основной задаче — использованию энергии ФАР с наибольшим КПД. Физиологические аспекты этой проблемы применительно к культуре винограда будут рассмотрены в заключительной главе книги.
