Ничипорович А.А. Методические указания по учету и контролю важнейших показателей процессов фотосинтетической деятельности растений в посевах

Подождите немного. Документ загружается.

- 38 -

и KC-I9, предназначенные для измерения ФАР. В принципе эти

приборы весьма перспективны, но еще мало исследованы в по-

левых условиях. Выпущенные опытные экземпляры требуют техни-

усовершенствования.

Поэтому в

время для массового использования

рекомендовать интегральные, хорошо исследованные обще-

доступные приборы: актинометр

пирано-

Янишевского, а также микропиранометр Козырева.

результаты измерений с достаточ-

ной точностью при определении коэффициента использования ФАР

на фотосинтез могут быть применены для расчетов энергии.

Переходные коэффициенты от потоков интегральной радиации к

ФАР, особенно при измерении в посевах, еще недостаточно ис-

следованы, но при усовершенствовании аппаратуры для измере-

ния ФАР они несомненно будут уточнены. Тогда будет несложным

уточнить и старые уже имеющиеся данные ФАР, полученные пере-

счетом данных интегральной радиации.

Измерение интегральной радиации и использование переход

коэффициентов для ФАР обеспечивают не меньшую точность,

чем непосредственное измерение при помощи существующих прибо

ров для ФАР. Но преимущество измерения интегральной радиации

при массовом использовании

и актинометров состо

ит в следующем:

приемники интегральной радиации общедоступны;

приборы хорошо исследованы и точность измерения вполне

удовлетворительная;

методика измерения несложная, хорошо

имеются перспективы уточнения переходных коэффициен-

тов от интегральной радиации к ФАР.

- 89 -

об интегральной радиации и ФАР во

иссле-

дованиях нужны при учете теплообмена и

приведенная ниже

определения сумм ФАР

и коэффициента

посевом ФАР основывается на изме-

рениях интегральных потоков радиации.

А. Определение сумм ФАР при помощи актинометра и

пиранометра

Каково допустимое расстояние между опытными посевами и

станцией,

суммы радиации, регистриру-

емые на станции, не отличались существенно от сумм радиа-

ции в пункте проведения работ по определению коэффициента ис-

пользования ФАР на фотосинтез? На этот вопрос пока еще трудно

ответить, так как отсутствуют специальные исследования. Про-

ведение одновременной регистрации сумм суммарной радиации в

пунктах,

друг от друга

км (Тарту в

тонской

что в дневных суммах могут наблюдаться

существенные различия (иногда до

но в декадных суммах

различия редко превышают

В районах более

ного климата и менее активного циклонического действия разли-

чия, вероятно, меньше.

Если актинометрическая станция находится на расстоянии

не более 50 км от опытных

где проводится регистрация

сумм прямой и рассеянной

то можно пользоваться

лученными суммами интегральной радиации и производить переход

от них к суммам ФАР.

При централизованной организации широкомасштабных опытов

по определению коэффициента использования ФАР на фотосинтез

крайне желательно ставить эти опыты в пунктах, близких к тем

станциям, где проводится регистрация, по

крайней

радиации.

Для организации регистрации сумм прямой и рассеянной или

суммарной радиации на месте опытов методические указания

но найти в работах

Х.Г.Тооминга,

Гуляева,

Суммы суммарной ФАР от сумм интегральных ради-

вычисляются по

сумма

-дневная сумма рассеянной радиации;

- соответственно переходные коэффициенты от инте-

прямой радиации к прямой ФАР и от ин-

тегральной рассеянной радиации к рассеянной ФАР,

Для нахождения коэффициентов

можно пользоваться

лицей, приведенной в работе Х.Г.Тооминга и

Таблица I

Эффективные коэффициенты перехода от дневных

сумм интегральной прямой солнечной радиации к

дневным суммам пряной ФАР

Для многих случаев, когда возникает необходимость пере-

счета срочных измерений прямой солнечной радиации на прямую

ФАР, пользуемся таблицей 2.

Таблица 2

Коэффициент перехода от интегральной прямой

радиации к прямой ФАР

в зависимости от

высоты солнца

20 j 30 j 40 j 50 j

0,28

0,40 0,42 0,425 0,43 0,43

перехода для рассеянной радиации (Б.И.Гуля-

ев,

можно считать равным

Если исследователь имеет в своем распоряжении только сум-

мы суммарной радиации, то суммарную ФАР вычисляют приближенно

формуле:

дневная сумма суммарной радиации;

- коэффициенты перехода от интегральной суммарной

радиации к суммарной ФАР.

Коэффициент можно приближенно считать равным

коэффициентов перехода для нахождения сумм

от сумм интегральной радиации позволяет определить днев-

суммы ФАР по приближенным оценкам с относительной ошибкой

если считать, что относительная ошибка определения дне-

сумм интегральной радиации -

Б. Определение сумм суммарной ФАР при помощи полу-

формул и при помощи срочных измерений

нет возможности для

регистрации

рассеянной или

радиации,

радиации мож-

найти и по

эмпирическим формулам или при

Географичес-

кая широта

с я ц

Географичес-

кая широта

X | XI

66°

0,40

0,39

0,37

50°

0,42

0,40 0,38

23°

0,42 0,42

0,42

20 j 30 | 40 j 50 j

j 70

0,28

0,37 0,40 0,42 0,425 0,43

0,43

срочных измерений радиации. Выведен ряд

ческих формул, связывающих суммы радиации с данными высоты

солнца, среднего количества облачности или с

стью солнечного сияния. Последние характеристики определяют-

ся несложным

Обзор полуэмпирических формул приведен

в работах К.Я.Кондратьева

В.Л.Гаев-

ского и др.

Одна наиболее поостая

продолжительность солнечного сияния за месяц;

• полуденная высота солнца на

месяца.

Эта формула позволяет для широт от

до

делить месячные суммы радиации с ошибкой не более

Пе-

реход на суммы ФАР можно осуществлять при помощи коэффициен-

та

0,5.

определения дневных сумм радиации по срочным

измерениям приведена в вышеуказанных работах и в

ве гидрометеорологическим станциям по

наб-

людениям

В. Определение сумм ФАР при помощи карт

приходов ФАР

весьма приближенного определения сумм суммарной ФАР

можно использовать климатологические средние месячные суммы

суммарной ФАР и карты сумм суммарной ФАР, приведенные для

ряда пунктов Советского Союза в работах Х.Молдау,

др.

и Н.А.Ефимовой

Максимальная ошибка, возни

при использовании климатологических средних сумм, оп-

ределяется дисперсией месячных сумм отдельных лет, которая

различается в разных географических местах и в некоторых

- 43 -

чаях имеет довольно

величину.

Определение среднего коэффициента поглощения

посевом ФАР

Как было показано

коэффициент

посевом

ФАР выражается формулой:

интегральной радиации можно оп-

ределить пиранометром Янишевского следующим образом. Пирано-

устанавливают при помощи штатива на высоте I метра выше

верхнего края посева в делают отсчет падающей суммарной ради-

ации -

После этого пиранометр поворачивают приемной по-

верхностью вниз и делают отсчет отраженной радиации -

после этого снова делают отсчет падающей суммарной радиации -

Альбедо посева вычисляют как

где

положение нуля

Так как альбедо зависит от высоты солнца, измерения сле-

дует производить через 2 часа в течение всего дня. Средневзве-

шенное альбедо дня вычисляют

где среднечасовые альбедо.

Среднечасовые альбедо находят графическим способом, путем

предварительного определения дневного хода альбедо по данным

измерений через 2-часовые интервалы.

- 44 -

анализ

производить по

среднему местному

которого при-

в книге

в работе Х.Г.Тооминга и

для ФАР

приближенно найти

где: - коэффициент перехода от интегральной отраженной

радиации к отраженной ФАР, равной

В грубом приближении для расчетов можно

чину альбедо

Коэффициент пропускания посевом суммарной

мож-

но определить пиранометром Янишевского, производя измерения

падающей суммарной радиации над посевом и

суммарной

радиации на поверхность почвы под посевом. Измерения

ет производить через каждые 2 часа в течение всего дня,

чем под посевом в 20-30 различных точках, чтобы

на-

дежное осреднение полученных данных. Если имеется

ность получить

данные, лучше всего

пиранометрической рейкой длиной 4-5 м, на которой

или при помощи электромотора приемники перемещаются под по-

севом. Отсчеты производят через равные интервалы времени

гальванометру

или подключают приемник к

самописцу или интегратору и производят экспозицию продолжи-

тельностью 2-3 минуты, в течение которой приемники проходят

весь путь на рейке. Описание реек приводится в работе

Тооминга, Х.Нийликса

Коэффициент пропускания посевом ФАР определяют по форму-

- 45 -

прибора на разных точках под

- отсчеты падающей на посев суммарной ради-

ации в начале серий и в конце серий.

При использовании самописца определяют как отноше-

ние средних ординат записей суммарной радиации под посевом и

над посевом.

Средневзвешенный коэффициент пропускания для всего дня

среднечасовые значения коэффициента про-

пускания, найденные графическим путем,

путем предварительного построения дневно-

го хода коэффициента пропускания.

Средневзвешенный коэффициент пропускания для рассматри-

ваемого периода времени от находится по формуле.

Для весьма приближенного перехода от коэффициента про-

пускания интегральной радиации к коэффициенту пропускания

для ФАР можно пользоваться таблицей 3.

- 46-

от

для ин-

тегральной радиации на коэффициент пропуска-

ния для ФАР

j0,80

Таблица дает удовлетворительный переход к ФАР (с относи-

тельной ошибкой в

для посева кукурузы и для сходных с

по оптическим свойствам и геометрической структуре посе-

вов.

Для несомкнутых и невысоких посевов можно пользоваться

и рейкой Лопухина. Рейкой Лопухина определяют коэффициент про-

пускания прямой солнечной радиации, который близок по величине

коэффициенту пропускания для ФАР. Однако при высоких и густых

посевах

см) рейка Лопухина дает завышен-

ные

они будут тем

чем выше посев и чем

расстояние между

для высоких и

посевов применение этой

Это обусловле-

но тем, что за счет полутеней плотность потока прямой радиации

в солнечных пятнах варьирует от места к месту и в среднем за-

нижена по сравнению с плотностью потока пряной радиации над

посевом.

Если измерения внутри посевов не производятся, а ведет-

ся только учет относительной площади листьев посева, то для

приближенного определения коэффициента поглощения посевом ФАР

можно использбвать таблицу 4. При вычислении коэффициентов по-

глощения было принято, что листья в посеве расположены хаотич-

но. Коэффициент пропускания

рассчитывают по формуле, при

веденной в работах Х.Тооминга

Х.Тооминга,

- 47

где

- относительная площадь листьев

высота

коэффициент пропускания рассеянной радиации;

учитывающий рассеяние ФАР на

коэффициенты пропускания ФАР для разных

широт найдены по дневному ходу падающей суммарной ФАР при

ясном небе.

для этих

найдена по формуле

с использованием коэффициента перехода от инте-

гральной радиации к ФАР:

где

- значение солнечной постоянной, равной

- коэффициент, зависящий в основном от

состояния атмосферы.

Значение величины для различных месяцев и широт даны

Я книге

При расчете средневзвешенных коэффициентов поглощения

значение альбедо, равное для ФАР

0,06.

В таблице 4 даны наиболее близкие к реальности результа-

ты для посевов кукурузы, сорго и подобных им по геометричес-

кой структуре посевов. Относительная ошибка определения коэф-

фициента поглощения при использовании таблицы 4 ориентировоч-

но будет равна

- 48 -

Средневзвешенные коэффициенты поглощения

различных месяцев и геогра-

фических широт

Таблица 4

Чтобы определить коэффициент поглощения ФАР, измерения

внутри посева следует производить в

через

дней,

причем ход коэффициента поглощения в течение вегетационного

периода можно определить интерполированием в интервале между

Полученные одним из описанных выше путей суммы MP и

средневзвешенные коэффициенты поглощения

являются

о запасе в биомассе энергии исходными величинами

для определения коэффициента использования на фотосинтез

энергии ФАР.

Некоторый интерес представляет и коэффициент использова-

ния на фотосинтез интегральной радиации, вычисление которого

не требует никаких дополнительных измерений и проводится по

тем же формулам.

В заключение перечислим основные общедоступные возможно-

сти определения поглощенной посевом энергии солнечной радиа-

Регистрация сумм прямой и рассеянной радиации, причем

сумм суммарной ФАР, определяется при помощи переходных коэф-

фициентов. Коэффициент поглощения посевом ФАР при этом можно

определить либо

при помощи пиранометра, пользуясь

переходной таблицей, либо

помощи таблицы 4.

2) Использование таблиц, карт и формул для сумм

коэффициент поглощения посевом ФАР можно определить при помо-

щи одного из перечисленных в первом пункте методов.

Из-за отсутствия достаточного сравнительного материала

• трудно точно оценить ошибку отдельных расчетных методов опре-

деления

хотя она и не превышает

Представляет большой интерес параллельное сравнитель-

ное использование приведенных методов.

Месяц

широта

Относительная площадь

листьев

Месяц

широта

i 1 2

23,4

0,45

0,92

50,0

0,48

0,70

0,86

0,92

66,6

0,54

0,75

0,88

0,93

0,45

0,66

0,84

0,92

50,0

0,48

0,70

0,86

0,92

0,55

0,76

0,88

0,93

23,4

0,47

0,67

0,84

0,92

0,50

0,72

0,86

0,92

66,6

0,58

0,78

0,90

0,93

0,47

0,68

0,85

0,92

0,55

0,76

0,89

0,93

66,6

0,68

0,83

0,92

23,4

0,50

0,86

0,92

0,62

0,90

0,93

0,73

0,84

0,92

0,94

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГЛОЩЕННОЙ РАДИАЦИИ И

ЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КОЭФФИЦИЕНТА

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ) ФАР В НЕКОТОРЫХ ОСОБЫХ СЛУЧАЯХ

физики и

АН Эстонской ССР)

во всех случаях можно представлять растительность в

виде однородного горизонтального слоя, как это делается при

исследовании радиационного режима обычных посевов сельскохо-

зяйственных культур. Такие случаи встречаются на плантациях

на

в фруктовых садах и очень редко в

широкорядных

Методика для исследования радиацион-

ного режима таких объектов до сих пор почти не разработана.

Поэтому попытаемся дать некоторые рекомендации для ее опре-

деления

В этих случаях наиболее рационально определить погло-

щенную радиацию отдельными шпалерами на

ряд-

ками растений, кронами деревьев и кустами, учитывая потоки

проходящей через все стороны шпалеры, кро-

ны или куста.

Если куст, крону дерева или шпалеру виноградника

представить в виде призмы (рис.1) с высотой

длиной

то на все стороны этой

призмы падают потоки радиации с плотностями

и каждая сторона призмы излучает рассеянные

пото-

ки радиации с плотностями На верхнюю

сторону призмы

поток (энергия) радиации, равный

и излучает

На нижнюю сторону падает

и выходит -

Аналогичные величины даются для

боковых сторон

Радиационные потоки, падающие от 6 сторон

на куст или

представленные в

виде призмы.

- 52 -

радиация

следую

При длинных густых

для

часть

и считать

через боковые поверхности равными, так что

Тогда нет необходимости измерять

случаях некоторый интерес может представ-

лять

поглощения шпалеры или куста

может быть определен как отношение поглощенной в призме рад

к сумме

на все стороны.

Более характерным является коэффициент поглощения, рас

считанный с учетом всей площади плантации (включая и между-

рядья). Коэффициент

рассчитанный в среднем на

единицу площади на

формулой

где

- 58 -

При практическом определении поглощенной кустом или

шпалерой радиации поступают следующим образом: при помощи

натянутых между палочками нитей отмечают контуры призмы

таким

чтобы

призмы приближенно равнялся

объему куста или

для определения входящих в формулы (2), (3) и (4) ве-

необходимо рассчитать для каждой стороны куста или

шпалеры интенсивность падающих и рассеянных (отраженных)

потоков радиации

этого следует изме-

рить высоту

длину ,х и ширину

прдставить

полученные результаты в формулу (I), если нужно, и в (2)

и (3) и рассчитать

Если для измерения

применяется пиранометр, то расстояние от куста или

шпалеры выбирается примерно

см и все потоки измеряют-

ся для осреднения в нескольких повторностях. Интенсивность

измеряется непосредственно на поверхности почвы, а

на высоте

см от поверхности

ряс. 2

От данных интегральной радиации, подученных при помо-

щи пиранометра, приближенно можно перейти к

ки активной радиации с применением переходных коэффициентов.

Для падающих потоков значения ФАР можно найти умножением

интегральных величин

на переходный коэффициент

и умножением интегральных величин

на переходный коэффи-

циент

полезного действия одного куста или

ры определяется как отношение

-54-

сухой биомассы,

кус-

том

за

от

до

количество (сумма) энергии ФАР, поглощен-

ной кустом или

за время от

до

то есть аа промежуток времени,

на который пересчитан прирост сухого ве-

выделяющаяся при сжигании I г

сухого вещества биомассы в калориях.

Определяется в калориметрической

Для получения характерных

желательно прово-

дить исследования в нескольких повторностях или каждый раз

выбирать для измерений

характерный для всей план-

тации куст или

Как видно из выражения (4), для определения необ-

ходимо

количество

ФАР, поглощенной кустом

или шпалерой

отОбычно этот промежуток

времени не менее

дней, чаще всего

рассчитывается

для всего вегетационного

Значит, прежде всего, нам

придется

количества (суммы) энергии поглощенной

ФАР за отдельные дни и потом суммировать их. Для определе-

ния дневной суммы

проводятся

измерений всех

потоков радиации, необходимых для расчета по формуле

В районах с ясным небом такие серии проводятся через каждые

2-3 часа в течение дня. В результате каждой серии получаются

данные для

одной величины

По полу-

ченным данным строится дневной ход

при помощи которого

- 56 -

сперва часовые

среднеча-

совых значений и суммированием часовых сумм

дневные суммы

ясная погода сохраняется в тече-

ние длительного

такие серии проводят через 2-4

дня, определяя промежуточные дневные суммы

ванием

При переменной облачности определение требует очень

кропотливой работы, причем результат получается довольно при-

ближенный.

Коэффициент полезного действия отдельного куста или шпа-

по

(4), характеризует степень ис-

пользования

растительной массой ФАР на фотосин-

тез. Величина зависит от активности фотосинтетического

аппарата растений в период, за который он определяется, от

ориентации

распределения листьев в кусте или шпалере. Та-

ким

позволяющей сравнивать и оценивать эффективность

ния ФАР на фотосинтез отдельными сортами, разными варианта-

ми с различным уровнем минерального питания и т.д.

Коэффициент полезного действия рассчитанный отно-

сительно поглощенной отдельным кустом или шпалерой радиации,

не позволяет оценить влияния плотности размещения кустов или

шпалер на продуктивность и урожай. Эта величина не включает

часть радиации, которая падает в

Поэтому для оценки степени использования падающей на

всю площадь плантации радиации целесообразно определить ко-

эффициент полезного действия, относительно пада-

ющей в среднем на единицу всей площади плантации. Он рассчи-

тывается по

В правой части формулы (5) все обозначения те же.

Определение

полезного действия относитель-

но падающей радиации

формуле

требует гораздо

ше усилий, чем определение

полезного действия

для отдельного куста или шпалеры. От данных

потоков требуются только суммы падающей радиации, которые

можно определить из измерений или регистрации с пиранометром

(с использованием переходного коэффициента на

К приведенной методике необходимо относиться как к са-

мой первоначальной, требующей при накоплении

го практического опыта серьезной доработки.