Предисловие редактора
В изучении такого сложнейшего явления, каким является продукционный процесс (ПП), важнейшим звеном системы почва — растение — атмосфера было и остается растение. Между тем его энергетические взаимосвязи с лучистой энергией, основные зависимости процессов от ФАР еще далеко не выяснены. Именно поэтому в агрометеорологии начало формироваться новое направление исследований, в которых механизмы продуктивности и урожайности посевов раскрываются на основе оценки ресурсов и путей использования лучистой энергии. Этой теме посвящены монографии Н. А. Ефимовой [122], Ю. К. Росса [306], X. Г. Тооминга [360], И. А. Шульгина [402], а также настоящая книга А. Г. Амирджанова.
Солнечная радиация — важнейший фактор ПП, без всестороннего учета которого невозможна регуляция ПП. Согласно теории фотосинтетической деятельности растений, основным путем достижения высокой биологической и хозяйственной продуктивности является создание посевов и насаждений, обеспечивающих использование ФАР с максимальной эффективностью. Под этим подразумевается, что посев, обеспеченный влагой и питанием, должен иметь такую густоту, площадь и распределение листьев в ценозе, чтобы приходящая к растениям и их листьям ФАР являлась лимитирующим фактором, при котором КПД ФАР растений максимален.
Далеко не все растения и ценозы работают с одинаковыми (максимальными) КПД ФАР и обладают высокой продуктивностью. Одна из задач исследований ПП как раз и заключается в том, чтобы выявить причины (не только агротехнического, но и физиологического характера), которые не позволяют полностью использовать приходящую к растению и на площадь посева ФАР.
Как известно, в большинстве исследований ПП основными объектами изучения являются моновидовые посевы однолетних сельскохозяйственных культур. Значительно меньше внимания в современной агрометеорологии и физиологии уделяется таким сложным и специфичным во многих отношениях культурам, как цитрусовые, чай, виноград, плодовые деревья и кустарники.
Чем интересен анализ ПП винограда и виноградника? Очевидно, тем, что виноградник — насаждение, в котором виноградный куст с различной площадью листьев и числом побегов может рассматриваться как микроценоз, в котором побег является аналогом единичного однолетнего растения в типичном посеве. В винограднике легко может изменяться не только расстояние между рядами, между кустами, но и число побегов в кусте, форма куста, плотность самой кроны, что существенно расширяет возможности изучения ПП и, в частности, моделирования радиационного режима куста.
В книге в соответствии с современными представлениями четко обосновывается положение, что для оценки ПП прежде всего необходимы единые однозначные критерии оптимальности растений и ценоза, а именно — величины эффективности использования ФАР (КПД ФАР) виноградником как агропромышленной и кустом как биологической системы.
При изучении ПП низкий КПД ФАР виноградников (0,5— 1,5%) принимается зачастую как «неизбежность» в связи с пространственными особенностями роста (размещения в объеме) листового аппарата винограда-лианы, в связи со спецификой самой культуры. Между тем есть основания говорить о том, как это отмечает и автор, что в оптимальных условиях водно-корневого питания и при равномерном (самопроизвольном) распределении побегов по площади, когда оптическая плотность «кроны» ценоза формируется естественным путем и приход к кустам и поглощение ФАР оптимизируется самими растениями (а ФАР является лимитирующим фактором), КПД ФАР по продуктивности виноградника может достигать 4—5%, т. е. быть почти таким же за вегетацию при урожае 80—100 ц/га гроздей (в сухой массе), как и в высокопродуктивных посевах пшеницы, кукурузы. Иначе говоря, ПП винограда, как и других культур с оптимальной архитектурой фотосинтетического аппарата, базируется на единых закономерностях и взаимосвязях физиологических процессов в цепи конверсии поглощенной энергии в организме.
Каким образом при наличии «ножниц» между биологическими возможностями культуры вообще, свойствами конкретных сортов в частности и экономическими требованиями к винограднику оптимизировать ПП — вот та сложная проблема, одному из аспектов которой посвящена в значительной мере данная книга. Автор основное внимание уделил кусту как оптико-биологической системе и привел результаты анализа оптимальности архитектуры кроны, влияния формы кроны на приход к растению и поглощение ФАР в зависимости от числа и свойств побегов в кусте.
В известной мере по аналогии с концепцией X. Г. Тооминга о максимальной продуктивности ценоза автор впервые формулирует оригинальную концепцию о «максимальной продуктивности побега» винограда и «критическом уровне продуктивности» как условии сохранения нормальной жизнедеятельности и оптимальной продуктивности растения в целом.
Новым и важным моментом является подход к пониманию ценности сорта как такового: новые и полезные признаки можно выявлять на отдельном растении при одиночном стоянии, но решать вопрос о преимуществах нового сорта можно лишь после оценки «работы» в насаждении — в ряду, на гектаре, т. е. в ценозе. Это принципиальное положение, высказанное А. Г. Амирджановым, как и показ роли архитектуры растений в продуктивности, еще более подчеркивает то, что оптимизация ПП — проблема комплексная, требующая одновременной и согласованной работы агрометеорологов, физиологов, селекционеров и агротехников. Именно с этой точки зрения оригинальность и ценность данной книги заключается в том, что факторы, влияющие на ПП, и параметры растений рассматриваются во взаимодействии, а соотношение между ними дается количественное.
В то же время выявление количественных связей между компонентами ПП—не самоцель. Эти данные могут быть использованы для получения планируемого урожая винограда по оптимальным технологическим схемам — программам. В этом смысле материалы книги могут рассматриваться в качестве физиологических основ оптимизации ПП винограда в насаждениях.
Значение книги, основанной главным образом на экспериментальных данных автора, выходит за пределы анализа ПП винограда, так как последний выступает прекрасным модельным объектом, на котором выявляются закономерности, присущие, по-видимому, и другим культурам с рядовой посадкой.
Нет сомнений в том, что книга А. Г. Амирджанова будет с большим интересом встречена учеными и практиками, разрабатывающими пути регуляции продуктивности и урожайности растений в посевах и насаждениях.
Доктор биологических наук И. А. Шульгин
.. .каждый луч солнца, не уловленный нами, а бесплодно отразившийся назад в мировое пространство,— кусок хлеба, вырванный изо рта отдаленного потомка...
К. А. Тимирязев. Избр. соч., 1948, т. 1, с. 139 .
. .предел плодородия данной площади земли определяется не количеством удобрения, которое мы могли бы ей доставить, не количеством влаги, которою мы ее оросим, а количеством световой энергии, которую посылает на данную поверхность солнце.
К. А. Тимирязев. Избр. соч., 1948, т. 2, с. 82
Введение
Все возрастающая интенсивность использования природных и особенно биологических ресурсов, а также необходимость обеспечения растущего народонаселения продуктами питания выдвинули проблему повышения продуктивности естественных и культурных фитоценозов в число ведущих проблем современного растениеводства.
Теоретической базой исследований в этом направлении служит комплексная теория фотосинтетической продуктивности [251, 258], рассматривающая условия оптимизации продукционного процесса сельскохозяйственных растений и возможности максимального использования поступающей энергии солнечной радиации на формирование урожая. Свою практическую реализацию эта теория нашла в подходах к программированному получению урожаев [395, 396], когда осуществляется комплекс мероприятий для достижения в конкретных условиях биологического потолка урожая. Особенностью современного растениеводства является еще и то, что при изучении агроценозов осуществляется системный подход [326] и все факторы рассматриваются во взаимосвязи. Это позволяет применять аналитические методы и моделирование для изучения процессов, протекающих как в системе, так и в отдельных его подсистемах (модели радиационного режима, фотосинтеза, энерго- и массообмена и др.) [329]. Важной задачей системного подхода является установление количественных связей между компонентами системы, а также критериев их оптимальности. Так, например, в качестве физиологического критерия оптимизации параметров растений используется принцип максимальной продуктивности [360], позволяющий прогнозировать идеальные параметры растений и эффективность использования приходящей к растению и поглощаемой ФАР [226] для существующих условий среды.
Теоретические основы повышения продуктивности агроценозов интенсивно разрабатываются в последние годы многими научно-исследовательскими учреждениями [258]. В период с 1964 по 1974 г. проблема «Фотосинтез и использование энергии солнечной радиации» разрабатывалась координированно в рамках Международной Биологической Программы (МБП). Исследования охватывали все этапы продукционного процесса — от первичной продукции до выхода хозяйственного урожая.
В настоящее время наибольшее число исследований выполнено на однолетних полевых культурах. Значительно меньше исследованы многолетние культуры, в частности виноград. Говоря о винограде, мы имеем в виду не только особенности его биологии как поликарпической деревянистой лианы, но — что особенно важно — специфику структурной организации самого виноградника, представленного рядами шпалер, широкими междурядьями, разной формой кроны кустов и т. д. Это своеобразие структуры виноградника требует применения в работах, связанных с изучением продукционного процесса, специальных подходов и методических решений. В связи с задачей программированного получения урожаев винограда много внимания в процессе исследований было уделено установлению критериев оптимальности компонентов продукционного процесса, а также количественных связей между ними. Все эти вопросы в той или иной мере нашли отражение в монографии.
Экспериментальный материал получен автором в период с 1960 по 1977 г. В период с 1969 по 1974 г. в разное время в работе принимали участие Н. С. Потапов, С. Я. Велиев и И. В. Кирпичев.
Автор считает своим долгом отметить, что общее направление исследований — «продуктивность виноградника» — было в свое время подсказано профессором А. М. Негрулем, под руководством которого автор начинал исследовательскую работу.
Автор выражает признательность члену-корреспонденту АН СССР А. А. Ничипоровичу за интерес к физиологическим аспектам наших исследований, академику ВАСХНИЛ И. С. Шатилову за поддержку разработок по программированию урожаев винограда, а также доктору биологических наук X. Г. Тоомингу за методическую помощь на начальном этапе работ, просмотр рукописи и ценные замечания. Автор благодарен научному редактору книги профессору И. А. Шульгину за большой труд по обсуждению материалов рукописи и помощь в анализе вопросов, представленных в монографии.
