Нім мөлшерін фотосинтетикалық белсенді радиация (ФБР) кірісімен анықтау

Жерге түсетін күн радиациясының маңызы. Күн жер планетасының барлық жануарлар мен өсімдіктер организмдері пайдаланатын және сарқылмайтын энергия көзі. Жерге энергияны радиация (жылу, жарық) ретінде әкеліп, кішкентай микроағзалардан бастап үлкен хайуандар, адам және кішкентай өсімдіктер-балдырлар-мен үлкен ағаштардың пайда болуына, жер жүзінде тіршіліктің пайда болуына және жер жүзінде тіршіліктің шығуы мен сақталуына біз күнге борыштармыз. Өсімдіктермен жинақталған органикалық заттар ең алдымен өсімдіктермен қоректенетін жануарлар және т.б. организмдермен энергия көзі ретінде пайдаланылады, одан кейін жануарларды жейтін етпен қоректенетін жануарлар жалғастырады, ал сонымен қатар жануарлар мен өсімдіктердің қалдықтарын пайдаға асыратын жәндіктер, микроағзалар және басқалары жатады. Адамзат күнге миллиондаған жылдар бойы жинақталған және қазіргі кезеңде кең қолданылатын - мұнай, газ, қара және қоңыр көмір, шым тезек және т.б. - энергия иеленуші қорына да борышты.

Мұнай және табиғи газ - қазып алынатын жанармай. Қазып алынатын энергия көздері ерте замандағы тірі организмдердің жойылуы және органикалық қалдықтардың шіруі арқылы қалыптасқан көмірсутектердің қоспаларынан құрастырылған, әсіресе, теңіз планктондары үшін жер әлемінде елдер арасында қатты күрес жүріп жатыр, типті соғыс жағдайына дейін жетуде (Ирак ж.б.).

Күннен түсетін энергия мөлшері астрономиялық цифрлармен өлшенеді (гектарына көптеген млрд кДж) және жердің енділігіне, жылдың мерзіміне, тәулік уақытына байланысты өзгереді және оның ең жоғары деңгейі экваторда, ал ең төменгісі – полюстерде күз–қыс кезеңдерінде түседі.

Энергия жерге радиация түрінде толқын ұзындығы 280-нен 4000 нанометрге дейін түседі. Нанометр – грек тілінен нанос-карлик, метрдің миллиардтан бір бөлігін құрастырады, немесе 1 нм = 10 (-9) м. Бұл мөлшерді ойға түсіру үшін келесі есеп қатарын жүргіземіз: 1м = 1000мм, 1мм = 1000 микрон, 1 микрон = 1000 миллимикрон, немесе нанометр.

Табиғи радиацияның екі түрі ажыратылады:

- қысқа толқынды, немесе интегралды, толқын ұзындығы 280-400 нм.

- ұзын толқынды, толқын ұзындығы 400-4000 нм

Өсімдіктер хлорофилл пигментерін қалыптастыру арқылы жапырақтарға және өсімдіктерге жасыл түс, каротиноидтар-сары, антоциандар-қызыл және фитохром-көк түс береді, күн радиациясын сіңіріп, оларды көмірсуларға айналдырады, яғни күн энергиясы жинақталған органикалық заттар түрінде шоғырланады. Өсімдіктердің органикалық заттары олардың жалпы биомассасының 90-96 % құрастырады, сондықтан өнімді бағдарламалау және сонымен қатар егістіктің фотосинтетикалық әрекетін оңтайландыруға бағытталған шаралар жүйесінің маңызы зор. Фотосинтез үрдісіне қатысатын хлорофилл, каротиноидтар, антоциан және фитохрон пигменттерінің рөлі әртүрлі - бұл үрдісте хлорофил маңызды рөл атқарады, бірақ басқа да үш пигменттің фотосинтез үрдісінде нақты рөлі айтарлықтай. Олардың сыртқы белгілері көктемде қарқынды өсіп шығатын өскіндеріне және өсімдік жапырақтарына – сары, қызыл және көкшіл түс берілуі мен байқалады, сонымен қатар күзде шөп сары түс, қайың жапырақтары - сары, итмұрын, үйеңкі, раушангүл – қызыл түске ауысады және т.б.

Температураның төмендеуіне және жарық мөлшерінің азаюына байланысты күзде өсімдік жапырақтарының жасыл түсінің ауысқан кезеңінде оларда «биологиялық сағат» жұмыс істей бастайды. Өсімдік жапырақтарының кесіндісінде қасаңды қабат қалыптасады, ол алдымен фотосинтез үрдісін бәсеңдетеді, соңынан мүлде тоқтатады, хлорофилл ыдырайды да өзінің жасыл түсімен фотосинтезге қатысатын басқа пигменттерді маскалауын аяқтайды және жапырақтарға тиісті түс (сары, қызыл, көк) беріледі.

Фотосинтетикалық белсенді радиация (ФБР) және оны есептеу әдістемесі. Өсімдіктер фотосинтез үрдісінде жерге түсетін күн радиациясының жалпы мөлшерінен, толқын ұзындығы 280-нен - 4000 нм дейін 310-нан -710 нм дейін аралығындағы қысқа толқынды сәулеленуді ғана пайдалана алады, ал оны фотосинтетикалық белсенді радиация (ФБР) деп атайды (Сурет 2).

 

 

280 310 500 700 1000 2000 3000 4000

 

Шартты белгілер:

 

Өсімдіктермен фотосинтез үрдісінде пайдаланылатын радиация.

 

Өсімдіктермен фотосинтез үрдісінде пайдаланбайтын радиация

 

Сурет 2. Күннен түсетін жалпы радиациядан ФБР үлесі, нм

 

ФБР шығу тегіне қарай мынадай түрлерге бөлінеді:

S¹- тура күн радиациясы –күннің көрінетін дискісінен параллель сәуле түрінде жерге түсетін күн сәулесі энергиясының бір бөлігі;

Д – шашыранды радиация – атмосфераға шашыраған және бұлттармен шағылысып көлденең жазықтыққа түскен күн радиациясының бөлігі;

Q - жиынтық радиация, ол S¹+Д қосындысына тең. Тура күн радиациясын актинометрлер және пиргелионометрлер мен, ал жиынтық және шашыранды радиацияны пиранометрлермен, ФБР-дің тура түсетін күн радиациясын – фитоактинометрлермен, шашыранды және шағылысқанды - фитопиранометрлермен өлшейді.

Күннен түсетін ФБР энергиясы кДж-мен өлшенеді (бұрындары ккал қолданған, 1 ккал 4,168 кДж тең) және жер енділігіне, жыл және тәулік мерзіміне байланысты өзгереді. Мысалы, экваторлық, тропикалық аудандарда жер бетінің әр гектарына жылына 39-25 млрд. кДж-ға дейін энергия тұседі, ал поляр шеңберінде - 5-6 млрд кДж., яғни жылдың жылы кезеңінде ол көрсеткіш Қиыр Солтүстіктен Экваторға дейін 7-8 есе өседі, дегенмен Солтүстіктің қысқа вегетациялық кезеңінде ФБР күннің жарық мерзімінің ұзақтылығына байланысты - өте жоғары.

Өнімді бағдарламалау үшін нақты аймақтағы күн энергиясының кірісі жөнінде толық мәлімет болу керек, мұның өзі фотосинтездің, транспирацияның, минералды қоректенудегі элементтердің сіңірілуі мен қозғалысы және ассимилянттардың энергетикалық негізі болып табылады. Күн энергиясының кірісі өсімдіктің бүкіл өсіп-даму кезеңіндегі радиацияны және топырақтың жылу, су және ауа режімдерін құрайды.

ФБР кірісін өлшеу арнайы құрал-саймандарды талап ететін өте қиын жұмыс және ол Гидрометқызмет мекемелерінде жүргізіледі. Сондықтан есептеудің жуық нәтижесін алу үшін олардың климатологиялық материалдарын қолдануға болады, оларда ФБР кірісінің айлық орташа және вегетация кезеңнін орташа мәндері келтірілген (Н.А. Ефимова, Х.Н. Молдау және т.б.).

Солтүстік Қазақстан аумағында ФБР кірісінің шамасы температурасы 5⁰С-дан жоғары болған кезеңде - 14,1-15,1 млрд. кДж/га, температура 10⁰С-дан жоғары болғанда - 12,4-12,9 млрд. кДж/га, онтүстік Қазақстан облыстарында - тиісінше 18,2-18,9 және 16,6-16,9 млдр. кДж/га, ал Тажікстан алқаптарында бұл көрсеткіштер 28,2-29,7 және 20,1-20,9 млрд. кДж/га жетеді.

Қазақстанның үш нысандарында (пунктерінде) –Астана, Алматы және Костанай –орташа айлық ФБР кірісі 11-кестеде келтірілген.