Фотосинтез и продуктивность ценозов | Журнал Природа 6/1971 17.05.1971

Член-корреспондент АН СССР А. А. Ничипорович

Научный совет по проблемам фотосинтеза

Какое бы значение мы ни придавали любым биоценозам, чего бы от них ни ждали, ни получали или ни старались получить пищу, строительные материалы, чистый кислород, регенерированный воздух; с какой-бы точки зрения ни рассматривали их — оздоровительной, гигиенической, с точки зрения охраны природы,— в любом случае биоценозы должны обладать одним основным свойством — они должны быть высокопродуктивными.

Процесс образования первичной органической продукции (фотосинтез) — это начальный этап жизнедеятельности любого биогеоценоза, и без хорошего начала не может быть хорошего итога. Этот этап подчиняется сложным и специальным законам, что требует специального изучения и специальных мер регуляции. Лучше всего изучены культурные ценозы, как наиболее простые и легко поддающиеся исследованиям, что нисколько не обесценивает получаемой от их изучения информации, так как законы формирования первичной органической продукции сходны и для культурных, и для природных биогеоценозов.

Годовая органическая продукция культурных ценозов в средней полосе СССР в сходных условиях сейчас составляет около 10 т/га, — давая одинаковые результаты на посевах пшеницы, кукурузы, свеклы. Каждый ценоз находится в сложном взаимодействии с целым рядом условий среды и, прежде всего, с радиацией. Такой ценоз, как посев пшеницы (при условии получения биологического урожая в Ют, включая 4 т зерна и 6 т соломы), должен поглотить для этого около 2 млрд кал энергии. Этим же ценозом в процессе фотосинтеза поглощается около 20 т углекислоты. Пшеничный ценоз проделывает сложнейшую фотохимическую работу: разлагает на части около 16 т воды, выделяя 14 т кислорода; 2 т водорода «перебрасываются» в углекислоту,— и в результате образуются органические вещества. Но не вся энергия используется в процессе фотосинтеза. К.п.д. вышеприведенной системы — посева пшеницы — составляет 2%. Есть основание говорить, что растения способны использовать солнечную радиацию с к.п.д. 4—5%.

Степень поглощения солнечной радиации растением зависит от многих причин: от структуры посевов, от структуры и расположения листа — основной «фабрики» фотосинтеза, от степени усвоения углекислоты и т. д. Сложность проблемы формирования высокопродуктивного ценоза можно проиллюстрировать на примерах. Хорошо работающий ценоз должен провести колоссальную работу по усвоению СО2 Хорошо обеспеченные питанием, хорошо организованные посевы кукурузы могут использовать в течение дня из атмосферы до 500 кг углекислоты. Но в каждый момент над посевом находится всего лишь 5—10 кг СО2. Это значит, что за день в толще посева должно произойти изменение воздуха по крайней мере в 100-кратном размере. Проникновение углекислоты в ценоз, следовательно, осуществляется за счет турбулентного обмена масс воздуха. Создается противоречие: чем лучше ценоз, тем он плотнее, тем больше площадь листьев, поглощающих свет, тем хуже его ав- тотрофность (условия питания), тем слабее турбулентный обмен, следовательно, медленнее идет усвоение углекислоты.

В стремлении получать все большие урожаи мы вносим в посевы все больше минерального азота. И здесь есть противоречия: азот форсирует ростовые процессы, облистве- ние, причем площадь листьев переносится все выше и выше, затрачиваются нужные вещества на этот рост, ухудшается образование нужных органов, начинается полегание и т. д.

Великолепный пример оптимальной работы ценозов показывают карликовые пшеницы и карликовый рис. Сорт, выведенный Международным институтом риса, 1R8 и получивший премию ЮНЕСКО в области науки за 1970 г., дает урожай до 95 ц/га при к.п.д. фотосинтеза 5—6%. Этот буйно растущий сорт риса обладает прямостоящими, не затеняющими друг друга листьями, отзывается на высокое плодородие почвы и удобрения не столько ростом вверх, сколько обезлиствением и крупной метелкой.

Создание подобных сортов, обеспечивающих оптимальную структуру и работоспособность ценозов, требует коллективных комплексных усилий. Комплекса, где объединялись бы усилия физиологов, математиков и других специалистов для широкого анализа проблем продуктивности у нас еще нет, но, очевидно, что жизнь ведет к его созданию.

17 мая 1971 года.

содержание

Отзывы о статье (0) / +добавить