Современное состояние биосферы и экологическая политика - [45]
Можно подойти к пониманию идеи программирования урожаев несколько иначе. За длительный исторический период природа как бы «сама» создала на данной территории такие условия, которые стали наиболее оптимальными для произрастания растений и которые выработали адаптивные механизмы, позволившие им освоить искомую площадь наилучшим образом. Критерием данного «программирования» лесов (до вмешательства человека) было существование в Приморье обильных лесов.
Высокая продуктивность растений возможна при полной обеспеченности их всеми факторами жизни. Первым таким фактором является фотосинтетическая активная радиация (ФАР), которая участвует в процессах фотосинтеза и равна ц=40–50 % от общей, приходящей на данную местность и время, солнечной радиации. Поэтому первым этапом программирования урожая является определение максимально возможного (потенциального) урожая (Y>max), величина которого зависит от приходящей за вегетационный период ФАР и коэффициента (q) использования растениями приходящей ФАР на формирование биомассы (%). ФАР зависит еще и от широты местности, числа суммарной, прямой и рассеянной радиации Солнца и других величин. Этот показатель можно определить в соответствии со следующей закономерностью (Быков и Зеленский, 1982, с. 14–24):
О>фар = О>с, (13)
где Q>c – суммарная (интегральная) радиация Солнца, – коэффициент, равный 0,43-0,49.
Зная ФАР, можно определить коэффициент полезного действия фотосинтеза растений (q = к. п. д.) как долю или процент падающей энергии, которая запасается в конечных продуктах фотосинтеза:
где Y>max – фитомасса растений (кг/га), Е – количество заключенной в растении энергии (ккал/кг), и Q>фар – приходящая фар (ккал/га).
Энергетическую эффективность фотосинтеза можно еще выразить как (Быков, Зеленский, 1982, с. 14–24):
q = К>фар Р>погл F>этц W>зам, (15)
где приведенные в (15) зкоэффициенты имеют, соответственно, следующие обозначения – коэффициент перехода от потока суммарной радиации к потоку ФАР, примем равным 0,47; второй коэффициент учитывает долю падающей ФАР поглощенной растениями. Естественно его величина зависит от плотности и структуры (архитектоники) распределения растений, пигмента, физиологического состояния растений и т. д. Примем в среднем за верхний предел поглощения ФАР лесом 0,85.
Третий коэффициент показывает долю ФАР, запасенную в первичных продуктах фотосинтеза (ЭТЦ – электротранспортная цепь).
Известно, что на восстановление одной молекулы СО>2 до уровня углеводов требуется 4 электрона, а перенос каждого из них по ЭТЦ осуществляется эстафетой по Z-схеме двумя квантами света. Квантовый выход фотосинтеза таков, когда количество молекул реагирующего углекислого газа на квант света, который поглощается при фотосинтезе, равен приблизительно 0,25. Следовательно, на восстановление одной молекулы СО>2 расходуется 4 кванта (hv) красного света (Лебедев, 1982, с. 151). Многочисленные экспериментальные определения квантовых выходов фотосинтеза показали, что при восстановлении одной молекулы СО>2 поглощается 8-12 квантов света, или 8 энштейнов ФАР. Средний энштейн ФАР Солнца соответствует монохроматическому свету с длиной волны 575 нм. Его величина равна 49,7 ккал. При 8-квантовом расходе энергии, затрачивается на восстановление 1 моля СО>2, до уровня крахмала, – 49,7 8 = 397,6 ккал. Калорийность крахмала равна 114 ккал/моль углерода, отсюда эффективность использования ФАР составляет F>эта = 0,286. Четвертый коэффициент в формуле (15) учитывает энергозатраты растения на разнообразные жизненные функции, связанные с дыханием, обменом и передвижением веществ, делением и размножением клеток. При средних температурах 20–25 С эти расходы органического вещества на свету и в темноте составляют приблизительно одну треть того, что первоначально запасается при фотосинтезе. Поэтому искомый коэффициент равен Ж>зап=1 – 0,333 = 0,667. Калорийность сухого вещества фитомассы находится в пределах 4,5 ± 0,5 ккал/г (Быков, Зеленский, 1982, с. 14–24). Рассмотренные величины позволят оценить потенциальную продуктивность (Y>max) растений в любом районе, где имеются данные о приходе солнечной радиации за выбранный промежуток времени (неделя, месяц, вегетационный период). Следует заметить, что показатель Y>max определяется как максимальный прирост сухой фитомассы за исследуемый период времени в расчете на единицу площади произрастания растений.
где у =10, коэффициент согласованности размерностей в правой и левой частях равенства (16).
По количеству солнечного тепла Приморье занимает одно из первых мест в нашей стране, не уступая даже таким территориям, как Крым и Черноморское побережье Кавказа. За год на территорию Приморья поступает солнечного тепла (110–115 ккал/см>2). Наибольший приток солнечного тепла происходит зимой (8085 % от теоретически расчетного количества), потому что в это время отмечается наибольшее количество дней с безоблачным небом. Летом значительная пасмурность и туманы снижают приток прямой лучистой энергии и, наоборот, увеличивают долю рассеянной (которая в это время составляет 40–50 % от суммарной радиации). Общее количество солнечного тепла:
