Погодные факторы урожая. Свет

Приток солнечной энергии в Поволжье и использование ее культурными растениями

На земную поверхность падает огромное количество солнечной энергии, однако коэффициент использования ее растениями очень невысокий. Много солнечной радиации расходуется на нагревание воздуха и почвы, испарение, отражение и другие процессы.

Свет оказывает влияние на развитие растений прежде всего через интенсивность освещения, которая складывается из двух величин: прямого солнечного света и света рассеянного, или диффузного.

При наличии данных о суммарном притоке солнечной радиации и количестве аккумулированной энергии в урожае различных растений можно определить степень использования солнечной энергии в урожае полевых культур (табл. 1).

Согласно расчетам средний суточный приток энергии к земной поверхности в теплый период года, с апреля по октябрь, составляет в лесостепных районах Поволжья около 270 гкал/см2 прямой солнечной н 115 гкал/см2 рассеянной радиации. Полупустынные районы, в зоне Астрахани, получают в это время около 355 гкал/см2 прямой радиации и 100 гкал/см2 рассеянной. Таким образом, разность в поступлении солнечной энергии в среднем за сутки на северных и южных границах Поволжья составляет 70 гкал/см2.

Наряду с разным количеством поступающей энергии происходят и качественные ее изменения. Если в северной части Поволжья из общего количества энергии на долю диффузной радиации приходится 30%, то в южных районах она составляет только 22%.

Приход прямой и рассеянной солнечной радиации в безоблачные дни, или, как его называют, «возможные суммы» солнечной радиации, является одним из основных элементов климата. «Возможные суммы» солнечной радиации зависят от географической широты и прозрачности атмосферы. Возможный приток энергии за теплый период года (с апреля по октябрь) меняется в Поволжье от 100,9 (Балашов) до 107,1 ккал/см2 (Астрахань).

Облачность вносит большие изменения в фактический приток энергии. Увеличивая отражение и рассеивание солнечных лучей, она понижает прямую солнечную радиацию и повышает рассеянную. Фактический приток энергии меньше «возможных сумм», причем чем больше облачность, тем сильнее уменьшается приток энергии (табл. 2).

Из приведенной таблицы видно закономерное снижение удельного веса диффузной (рассеянной) радиации в общем притоке тепла по мере увеличения засушливости района, что вполне естественно, так как в засушливых районах меньше облачность. Изменение качества поступающей энергии, вероятно, оказывает определенное влияние на процессы фотосинтеза и, как следствие, на качество продукции.

Альбедо различных сельскохозяйственных полей

Солнечная энергия не полностью поглощается деятельным слоем поверхности почвы, растений и др. Часть ее отражается и идет обратно в мировое пространство. Количество отраженной энергии (альбедо) зависит от характера поверхности земли. Чем меньшая доля солнечной энергии расходуется на нагревание почвы, растений, на испарение и другие процессы, тем выше альбедо.

Земная поверхность находится под пашней, выгонами и залежью, под посевами, покрыта стерней, лесом или водой (пруды, реки и озера) и др. Отражательная способность различных поверхностей может существенно изменяться в зависимости от ряда причин.

Измерения альбедо пашни на почвах южного чернозема в Саратове показали, что отражательная способность ее невелика. Но под влиянием изменения состояния поверхности поля альбедо изменяется в существенных размерах. Чаще всего эти изменения обусловлены влажностью верхнего слоя почвы и выровненностью поля.

Глыбистая, неборонованная пашня с влажной поверхностью отражает энергии в два раза меньше, чем пашня, выровненная с сухой поверхностью. Проведенные измерения альбедо пашни в Ершове показали, что сухая темно-каштановая почва отражает 13% всей поступающей солнечной энергии.

Отражательная способность у растений выше, чем у почвы. Поэтому поле, занятое культурой, имеет более высокое альбедо, чем пашня. С увеличением густоты травостоя уменьшается видимая часть почвы и соответственно увеличивается альбедо. От появления всходов до уборки урожая альбедо непрерывно возрастает, сначала очень быстро благодаря росту растений и .смыканию зеленой массы, затем несколько медленнее, главным образом на счет изменения цвета растительности. Особенно это заметно п период молочной спелости зерна. Наиболее высокое альбедо поле, занятое зерновыми культурами, имеет в период полной спелости зерна. После уборки урожая отражательная способность поля сильно снижается.

Возрастание альбедо во время созревания хлебов вызывается изменением состояния растений, в первую очередь уменьшением содержания воды в листьях и стеблях, а также изменением их окраски. По мере развития растений поле поглощает все меньше падающей на него энергии (табл. 3).

Приведенные выше данные относятся к влажному году с большим количеством атмосферных осадков и высокой влажностью воздуха. Хлебостой яровой пшеницы в том году был очень густым, и растения отличались большим содержанием воды в листьях. Это обстоятельство повлияло определенным образом на величину альбедо. В годы засушливые хлебостой реже, видимая часть почвы между растениями занимает большой удельный вес, но с другой стороны, в листьях меньше содержится воды. Величина альбедо поля в разные годы различная. С этой стороны представляет интерес сопоставление альбедо во влажный и засушливый годы.

В засушливые годы поле пшеницы поглощает энергии больше, чем во влажные, и тем самым создаются условия, при которых усиливается развитие засушливых процессов.

Озимые рожь и пшеница дают примерно такую же величину альбедо, как и яровая пшеница. Разница только в том, что весной озимые растения смыкаются в посевах раньше яровых, поэтому отражательная способность полей, занятых озимыми, в мае выше, чем у полей, занятых яровыми культурами.

Оставшаяся после уборки зерновых культур стерня отражает в среднем около 15% падающей энергии. По нашим наблюдениям, в Саратове альбедо выгона и залежи в течение теплого периода года колеблется в пределах от 15 до 20% в зависимости от состояния растительности и почвы. Измерения альбедо залежи во второй половине лета, проведенные в Заволжье, показали, что выгоревшая под влиянием засухи залежь отражает около 16% падающей энергии, или почти столько же, сколько обнаженная почва в Заволжье.

Невысокая отражательная способность поля является очень важным отрицательным фактором засушливых, районов. С увеличением доли поглощенной энергии поле способствует нагреванию воздуха и повышению его температуры. Изменяя отражательную способность поверхности, можно воздействовать на температурный режим воздуха и почвы. На этом принципе основаны некоторые агрономические приемы воздействия на температуру почвы, в частности изменение окраски поверхности, способ посева, мульчирование и другие приемы. Влияние на альбедо способа посева и мульчирования показано в табл. 4.

Мульчирование посевов яровой пшеницы проводилось соломой. Мульчирующий слой особенно резко меняет отражательную способность поля яровой пшеницы в первый период роста, пока развивающиеся растения не начнут затенять поверхность почвы, покрытую соломой.

Освещенность посевов и развитие растений

Освещенность во многом зависит от топографии местности, то есть от направления и крутизны склонов (табл. 5).

Большое влияние на интенсивность света оказывает также характер и распределение растительности. Среди посева даже на небольшом пространстве создаются разнообразные и сильно меняющиеся условия освещения. Вследствие взаимного затенения различные части растения подвергаются неодинаковому освещению.

Солнечный свет оказывает влияние на большую часть физиологических процессов, прямо или косвенно обусловливая качество и количество урожая. В условиях недостаточной освещенности клеточные стенки плохо древеснеют, в связи с чем понижается прочность и эластичность тканей. В годы с большим количеством облачных дней и в чрезмерно загущенных посевах злаковых культур соломина хлебов не имеет достаточной упругости, и растения под влиянием ветра и дождя легко полегают.

У многих видов растений при слабой освещенности плохо развиваются корни и листья, в связи с чем ухудшается их питание. У озимой ржи при недостатке света листья получаются более узкими и длинными, у кукурузы узкими. Зерновые культуры лучше кустятся при хорошем освещении, а при недостатке света - в тени деревьев и других малоосвещенных местах - обычно кустятся очень слабо. Пониженную кустистость имеют и растения, выросшие из глубоко заделанных семян, так как они продолжительное время лишены благоприятного влияния света. С характером освещения (помимо, конечно, сортовых различий) связано хорошо известное явление более высокой кустистости .растений на посевах с пониженной нормой высева при неглубокой заделке семян по сравнению с густыми посевами и с глубокой заделкой семян.

Растения нуждаются не только в достаточном количестве солнечной радиации, но и в определенном ее качестве. Известно, например, что в годы с большим количеством солнечных дней за период вегетации увеличивается содержание сахара в корнях сахарной свеклы. В большой зависимости от числа солнечных дней находятся также сахаристость и другие качества винограда, качество арбузов и других сельскохозяйственных растений.

Травы, растущие на хорошо освещенных солнцем местах, гораздо питательнее и лучше поедаются скотом, чем травы тенистых мест. Всем известно высокое качество лугового сена и значительно худшее качество сена лесного. Жители горных районов хорошо знают разницу в питательности трав солнечных и тенистых склонов.

Имеются некоторые, хотя и ограниченные, агротехнические способы регулирования количества солнечной радиации, получаемой растениями. К ним относятся изменения нормы высева, прореживание посевов, посев кулис, выращивание культур под покровом других растений, бороздковые и гребневые посевы и др.

Растения реагируют и на продолжительность освещения в течение суток. Отношение разных видов растений и даже разных сортов одного вида к продолжительности дневного освещения принято называть фотопериодизмом растений.

В зависимости от реакции на продолжительность дневного освещения растения условно делятся на три группы: 1) требующие продолжительного дневного освещения (растения длинного дня); 2) требующие сокращенной продолжительности дневного освещения (растения короткого дня) и 3) не реагирующие на продолжительность дневного освещения (нейтральные). К растениям короткого дня относятся преимущественно виды южного происхождения, а к растениям длинного дня - северного.

В Поволжье к растениям длинного дня относятся яровая пшеница, овес, ячмень, рожь, горчица, салат и др., короткого - просо, кукуруза, сорго, конопля, к нейтральным - бобовые, гречиха, подсолнечник, махорка.

Поэтому для пожнивных, или повторных, посевов могут быть использованы только такие виды культурных растений, которые не требуют для созревания продолжительного освещения. Если же летом посеять зерновые культуры, то они не дадут зерна даже в годы с длительной и теплой осенью.