Соя в лучах солнца

Урожай, если выражаться языком математики, - это интеграл от большого числа переменных, находящихся в функциональной взаимосвязи. Пределы интегрирования при этом -   от подготовки к севу поля и семян до уборки. Кратко рассмотрим в упрощенном виде это «подынтегральное выражение».

Период вегетативного развития.

Формирование органов для поглощения питательных веществ и фотосинтеза определяет развитие растения в целом, а значит, и величину будущего урожая. Фотосинтез листовой поверхности определяется, с одной стороны, природной способностью листьев к  фотосинтезу, а с другой - условиями среды – наличием достаточного количества питательных веществ и воды, температурой, концентрацией СО₂ и, конечно, долей падающего солнечного излучения на поверхность листьев.

Понятно, что сорняки, болезни, насекомые влияют на фотосинтез, как непосредственно (затенение), так и опосредованно (конкуренция за питание, воду, ослабление растений и т.п.).

Солнечные лучи, попадающие на растение, отличаются интенсивностью в зависимости от угла падения (географическая широта, время дня), но доля их усвоения зависит и от генетической способности растения.

Интенсивность фотосинтеза быстро возрастает в начале вегетативного роста и достигает своего максимального уровня. Необходимо, чтобы этот максимальный уровень был достигнут до начала цветения. Это возможно только при достаточном индексе листовой поверхности.

Рис.1. Эффективность использования излучения (средние значения) различными культурами (Г с.в./МДж) [1].

Для оценки эффективности использования излучения вводится количественная оценка – количество сухого вещества на единицу поглощенного солнечного излучения (г/МДж). Поскольку соя формирует листья с высоким уровнем протеина и семена с высоким содержанием энергии (белок + масло), то эффективность использования излучения у нее меньше, чем у многих других культур [1]. На рисунке 1 показано сравнение эффективности использования излучения растениями сои, кукурузы, пшеницы.

 Приведенные на рисунке 1 данные показывают, что большая доля солнечной энергии требуется для формирования семян с высоким содержанием энергии.

Фаза развития, цветения и закладывания семян.

Эта фаза начинается с появления первого листа и заканчивается появлением того  количества плодов, которое уже не будет меняться, и урожайность будет определяться количеством семян в них и размером семян [1].

Рис.2. Влияние затенения (80%) на продуктивность растения сои при затенении, начиная с различных этапов ее развития [1].

Специально проведенные исследования по искусственному затенению растений сои, начиная с разных этапов ее развития показали, что количество семян в шт./м² сильно зависит именно от этапа, с которого начинается затенение (рис.2).

Из рисунка 2 хорошо видно, что затенение уже развитого растения, начиная с фазы цветения, сильно влияет на продуктивность сои.

У сои опадение цветов (абортация) находится в диапазоне от 30 до 80% [1]. Это обусловлено перераспределением ассимилянтов между быстро растущими плодами. Как правило, это происходит внутри узла, но иногда встречается и межузловое перераспределение.

 Замечено, что селекция на крупные семена приводит к сокращению количества семян и не влияет на урожайность.

Налив семян.

Это важный этап в формировании урожая. У сои на этот период приходится не более 40% времени от общего вегетационного периода, т.е. 60% тратится на предварительную подготовку налива семян. Начало этого периода приходится на начало накопления семенами сухого вещества и заканчивается достижением физиологической спелости, т.е. тогда, когда сухая масса достигнет максимального значения.

Рис.3. Урожайность сои в зависимости от затенения (63%) в фазе налива семян (средние значения по четырем сортам в течение трех лет) [1].

Семена не могут расти без снабжения ассимилянтами. Это хорошо подтверждают исследования при сравнении продуктивности при искусственном затенении растений в этой фазе развития (рис.3).

Ассимиляция в этой фазе происходит от двух источников: обычный фотосинтез и реутилизация накопленных веществ из растения (15%). Как только семена начинают наливаться, производительность листовой поверхности начинает снижаться. При этом разрушается механизм фотосинтеза, и листья лишаются азота.

В этом есть какая-то загадка. Растение так много сделало для подготовки фазы налива семян, но как только начался этот процесс налива, начинает увядать листовая поверхность и фотосинтетическая мощность постепенно снижается. Компенсируется этот процесс усиленным потреблением азота. Азот при этом выводится из стареющего листа и перемещается в развивающиеся семена, где он может составлять до 100% семенного азота в конце дозревания. Таким образом, даже на этом этапе увядающая листовая поверхность «работает» на урожай.

Дефицит влаги сокращает продолжительность налива семян, ускоряя старение листьев у сои. К сожалению, будучи запущенным, этот процесс не исправить орошением, если недостаток влаги длится в течение 3-5 дней. Дефицит азота также ускоряет увядание листьев и сокращает период налива семян.

Физиологическая спелость означает конец III фазы и окончание процесса формирования урожая. При этом накопление веществ и их перемещение прекращается. По окончанию этой фазы урожай состоялся, и его потеря может быть обусловлена только последующими событиями – снижением влажности семян, сопровождаемым растрескиванием бобов и уборкой. Влажность семян в конце III фазы - 55%.

Снижение фотосинтеза в течение периода цветения и закладывания боба всегда сокращает количество семян [1]. Это утверждение доказывается тем, что снятие затенения в период середины цветения и закладывания семян не продлило период цветения и не стимулировало формирование цветов.

Размер семян у сои имеет свою особенность влияния на урожайность. Если условия развития растений и формирования семян проходят без стрессов и размещение растений на поле оптимальное, то размер семян и их количество находятся в таком соотношении, что урожайность стабильна. То есть увеличение количества семян происходит за счет снижения крупности и наоборот.

А вот влияние окружающей среды непосредственно связано с урожайностью. Недостаток ассимилянтов, нехватка влаги во время налива семян уменьшают их величину, что ведёт к снижению урожайности.

Снижение интенсивности фотосинтеза во время налива семян существенно снижает продуктивность сои. Результаты специальных исследований приведены на рисунке 4.

Рис.4. Снижение продуктивности растений сои при затенении (63%), начиная со стадии начала налива семян (средние значения по двум культурам) [1].

Семена сои, собранные с одного растения, могут отличаться по крупности. Размер самых крупных семян может отличаться по крупности от среднего значения на 60% [1]. Вместе с тем, соя имеет возможность (потенциал) существенного увеличения размера семян. Так, удаление 80% семян обеспечили увеличение оставшихся на растении семян почти в два раза [1].

Анализ структуры урожая сои позволяет утверждать, что ее урожайность ограничена определенными ресурсами, основной из которых - фотосинтез листовой поверхности, т.е. способность преобразования солнечной энергии в растительные ткани. Это утверждение правомерно при полном обеспечении растения питательными веществами и влагой, эффективном контроле засоренности поля, борьбе с болезнями и вредителями. Если говорить о потенциале, то, по мнению многих ученых, потенциал урожайности сои находится на уровне 8 т/га.

Победители соревнований на урожайность сои в США добиваются величин от 5,6 до 7,4 т/га, в Китае - около 6 т/га. Однако Lamp J (2007) сообщает о рекорде 10,414 т/га [1]. Достоверность таких рекордов вызывает сомнения по той причине, что если бы эти результаты сопровождались информацией о показателях роста, темпе накопления сухого вещества, продолжительности фаз роста и т.д., то была бы понятна последовательность процессов, приведших к такому урожаю.

И все-таки, ученые высказывают надежду, что потенциал урожайности будет увеличиваться, прежде всего, за счет успехов селекции, направленной на повышение способности использовать солнечную энергию для роста растения сои и ее продуктивности.

Сегодня в наших силах помочь растениям получить оптимальное количество питания и света за счет равнораспределения растений на поле, о котором пойдет речь в следующем разделе.