А. Г. Амирджанов
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ УРОЖАЕВ ВИНОГРАДА
"Если физиология аналитическая оказалась столь плодотворною, то не может ли возникнуть рядом с нею или по ее следам и физиология синтетическая"
К. А. Тимирязев. Избр. соч., 3, 1949, с. 397.
ВВЕДЕНИЕ
Синтетическое направление в фитофизиологии сформировалось в последние годы на основе представления о растительных, организмах и ценозах как целостных системах (Калмыков, 1969; Сетров, 1971). В растениеводстве это направление стало методологической основой для разработки принципиально новых подходов в повышении урожайности сельскохозяйственных культур — получении планируемых урожаев по заранее намеченным оптимальным схемам или программам.
Программирование урожайности понимается как разработка комплекса взаимосвязанных мероприятий, своевременное и высококачественное выполнение которых обеспечивает получение заранее рассчитанного уровня урожая высокого качества (Шатилов, 1973). Задача программирования — оптимизировать основные факторы жизнедеятельности растений в агрофитоценозах. Сущность принципа оптимизации заключается в отыскании и выборе наивыгоднейшего варианта количественного и качественного сочетания условий внешней среды, при котором в каждом отдельном случае обеспечивается наибольшая, экономически целесообразная продуктивность возделываемой культуры (Климов с сотр., 1971). Конечная цель оптимизации—поиск и достижение в конкретных условиях биологического потолка урожая той или иной сельскохозяйственной культуры при рациональном использовании природных, трудовых и других ресурсов.
Биологической основой метода программирования урожаев являются закономерности фотосинтетической деятельности растений в агрофитоценозах. Ценоз как единая фотосинтезирующая система связывает все факторы и процессы продуктивности в единую динамическую систему, работа которой подчиняется основной задаче — использованию энергии солнечной радиации с наибольшим коэффициентом полезного действия.
Программированное получение урожаев — проблема комплексная и многоплановая. В разработке ее принимают участие растениеводы, физиологи, агрохимики, физики, климатологи, математики и др. Общие принципы программированного получения урожаев сельскохозяйственных растений, а также результаты исследований в этом направлении изложены в ряде работ (Ничипорович, 1970, 1977; Шатилов, 1973, 1977; Росс, 1970; Климов с сотр., 1971; Савицкий, 1967; Шарифуллин, 1973; Лысогоров, Сухоруков, 1973; Шульгин, 1973; Устенко, 1975; Чирков, 1974; Каюмов, 1977; Бондаренко с сотр., 1975; Добрева, Стоев, 1977; Амирджанов, 1971, 1976, и др.).
Исследования по программированию урожаев в настоящее время ведутся главным образом на однолетних полевых культурах. И хотя общие принципы программирования распространяются на все сельскохозяйственные растения, необходима их конкретизация применительно к отдельным культурам. Это касается, в частности, и физиологических аспектов программирования урожаев винограда, некоторые из которых рассматриваются в этом разделе.
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ОЦЕНКА УРОВНЯ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИНОГРАДНИКОМ
Потенциал фотосинтетической продуктивности территории определяется количеством поступающей на нее за период вегетации1 энергии фотосинтетически активной радиации (ФАР) — видимого излучения Солнца с длиной волны 380—710 nm (Тооминг, Гуляев, 1967). Интегрирущим показателем продуктивности фитоценоза является коэффициент использования энергии падающей ФАР (ηф). Определение фактического уровня КПД ФАР (ηф факт.) виноградника в той или иной зоне является необходимым начальным этапом работ по программированию урожаев. В дальнейшем выясняются причины несоответствия между теоретически возможными (ηф макс.) и фактическими показателями КПД ФАР и намечаются пути сокращения этого разрыва с целью увеличения урожаев с учетом конкретных условий.
В качестве критерия продуктивности принимаются следующие уровни ηф макс.: в зонах полной обеспеченности влагой, а также в культуре с поливами —4—5%, в зонах ограниченного водоснабжения — 3—4%, в зонах недостаточного увлажнения—1—2%, в сухих зонах — 0,7—1,0% (Ничипорович, 1966).
КПД падающей ФАР рассчитывается на всю площадь виноградника (включая междурядья) по формуле
где q — теплота, выделяющаяся при сжигании lg сухого вещества биомассы (kal); Δт — количество сухой биомассы, созданной виноградником за время τ (обычно не менее 10 дней); Qф — приход ФАР на гектар виноградника за то же время.
КПД падающей ФАР, рассчитанный относительно всей площади виноградника, позволяет оценить влияние способа культуры (ориентации рядов, густоты посадки, системы ведения кустов, формировки), а также сортового состава, уровня плодородия почвы и других факторов на продуктивность виноградника. Расчет КПД ФАР можно проводить как на биологический урожай (Убиол — сухой вес побегов и гроздей), так и на его хозяйственную часть (Ухоз — сухая масса гроздей). Теплота сгорания побегов и гроздей винограда принимается равной в среднем 4 kcal/g сухого вещества.
В европейской части СССР в зоне виноградарства (Одесса) за период вегетации поступает в среднем - 4,4млрд, kcal/ha ФАР (Молдау с сотр., 1963). Расчеты показывают, что если на образование органической продукции будет использован только 1 % падающей ФАР, то Убиол виноградника составит 110 cwt/ha. При фактически существующих соотношениях между массой гроздей и вегетативной массой куста (в сухом весе примерно 1:1) и 20 %-ном содержании сухого вещества в гомогенате ягод указанной биологической продукции соответствует сырой урожай гроздей в 275 cvvt/ha. При условии достижения уровня ηф макс. (2% для этой зоны, без орошения) урожаи должны были бы составить - 550 cwt/ha. Фактически же для суходольных виноградников в этой зоне высокими считаются урожаи в 100— 120 cwt/ha, что соответствует КПД ФАР - 0,4—0,5% и характеризует виноградники в этой зоне как агроценозы низкой продуктивности.
Энергетическая эффективность растительного покрова (РП) как светопоглощающей системы оценивается по величине КПД поглощенной ФАР. Этот коэффициент представляет собой КПД продукционного процесса и определяется по формуле (Тооминг, Каллис, 1973):
где Пф— величина ФАР, поглощенная РП за время τ.
КПД падающей ФАР (ηф) и КПД поглощенной ФАР связаны между собой соотношением
где аПф — коэффициент поглощения растениями ФАР. Поскольку аПф < 1, то ηф<Аηф. Методика определения поглощенной солнечной радиации виноградником описана в работах Амирджанова, 1974; Амирджанова с сотр., 1974).
Величина Аηф агроценозов варьирует в больших пределах в зависимости от вида растения, структуры ценоза и условий среды. При программировании урожаев необходимо принимать во внимание уровень Аηф, поскольку от значения этого коэффициента зависят и другие параметры продукционного процесса, в частности, показатели водопотребления. Чем выше Аηф тем меньше значения транспирационных коэффициентов (ТК) и коэффициентов водопотребления (Кв). Напротив, с уменьшением Аηф значения ТК и Кв повышаются (Амирджанов, 1977).
Основными органами растений, поглощающими энергию солнечной радиации, являются листья и, естественно, от размеров листовой поверхности зависит количество поглощенной ценозом солнечной радиации. Количественное выражение этой зависимости неодинаково для фитоценозов с различной структурой.
Поглощение солнечной радиации в зависимости от размеров листовой поверхности довольно хорошо изучено для ценозов, имеющих сплошной покров (естественные фитоценозы, лесные сообщества, посевы). Значительно слабее исследованы агроценозы с рядовой системой посадкой растений (плодовые культуры, виноградники и др.). Слабо исследована также зависимость фотосинтетической деятельности виноградника от количества поглощенной ФАР.
При некоторой структуре виноградника, даже при условии сохранения размера листовой поверхности, поглощение солнечной радиации в разные годы будет изменяться в зависимости от количества поступающей радиации. Поэтому в работах по программированию урожаев целесообразно находить количественные связи между размерами площади листьев и величиной коэффициента поглощения (аП)— показателем относительно стабильным для данной структуры ценоза. Величина аП определяется как отношение количества поглощенной растениями радиации к количеству радиации, поступившей за то же время на гектар насаждения. При хаотичной ориентации листьев (характерной и для кроны винограда) величина а изменяется для различных географических широт в течение года. В летние месяцы в интервале от 23 до 50° с. ш., достигает 90% при LAJ=5:6 (Каллис, 1969).
Зависимость аП=f(Л) виноградника определяется для двух периодов: от начала вегетации до окончания роста побегов, когда одновременно растут площади листьев и приходы радиации, и от момента прекращения роста побегов до уборки урожая, когда площади листьев сохраняются примерно на одном уровне, а приходы радиации уменьшаются. Выражение связи аП\Л позволяет рассчитать поглощение радиации виноградником в период вегетации по данным географических карт распределения радиации или данным поступления солнечной радиации метеостанций. Целесообразно определять поглощение радиации по декадным ее приходам.
