Из всех живых организмов на Земле только зеленые растения обладают способностью усваивать кинетическую энергию солнечного луча и превращать ее в потенциальную энергию синтезированного ими органического вещества.
На свету, используя лучистую энергию Солнца, растения при помощи хлорофилла могут создавать из неорганических веществ
органические.
Этим они коренным образом отличаются от всех других организмов на Земле, являющихся потребителями органических веществ.
Поглощение зеленым листом солнечного света и создание органического вещества из воды и диоксида углерода (углекислого газа) называется фотосинтезом.
К. А. Тимирязев установил, что фотосинтез - это главным образом процесс связывания и запасания энергии солнечной радиации. Подсчеты показывают, что в 1 кг сухого органического вещества аккумулируется 16752 кДж (4 тыс. ккал). В целом на Земле улавливается, связывается и запасается в виде органического вещества громадное количество солнечной энергии.
На фотосинтез оказывает влияние состав спектра, длительность освещения и размеры листовой поверхности.
В процессе фотосинтеза из воздуха поглощается диоксид углерода и образуются сахара.
Одновременно при синтезе органического вещества растения выделяют в атмосферу кислород, освобождающийся в результате химических реакций.
В дальнейшем сахара превращаются в крахмал и другие органические вещества. За 1 ч 1 м2 поверхности листа может образовать до 1 г органического вещества. Для этого растение должно пропустить через устьица и переработать С02, содержащийся в 2 м3 воздуха. На 1 м2 площади посева озимая пшеница создает листовую поверхность 17-20 м2; кукуруза, свекла, картофель - 3-6; клевер и люцерна - 24-37 м2.
К. А. Тимирязев писал, что луч света, упавший не на растение, потерян для человечества навсегда. Однако и лучи, падающие на зеленую поверхность, используются далеко не полностью (зерновые культуры аккумулируют примерно 2,6%, лен - 3,6, картофель - 2,4, корнеплоды - 1,9, люпин - 4,8% всей падающей на лист энергии).
Количество солнечного света, получаемого растением, зависит от длины светового дня и от высоты стояния солнца над горизонтом. Однако даже в пределах одной и той же местности склоны различной экспозиции освещаются по-разному (южные склоны больше, чем северные, долины - меньше, чем вершины холмов). Облака, пыль и газы в воздухе снижают интенсивность освещения до 30 %.
При недостатке света растения имеют бледную окраску, тонкие вытянутые стебли, слаборазвитые листья. Без света растения не зацветают и не плодоносят. Недостаток света приводит к тому, что хлеба плохо кустятся, образуют узкие листья, узел кущения закладывается у самой поверхности почвы, стебли вытягиваются, междоузлия ослабляются и растения полегают, а зерно получается щуплым и малопитательным.
Свет значительно влияет на качество растительной продукции. Так, сено, полученное с открытых мест, содержит больше белка, чем сено с затененных участков, сахарная свекла на свету накапливает больше сахара, картофель - крахмала, зерно - белков, подсолнечник - жира.
Одни растения нормально развиваются только в условиях короткого дня, другие - длинного.
Озимая рожь, овес, пшеница - растения длинного дня. Они запаздывают с цветением или совсем не цветут при коротком дне. Им нужен 16-18-часовой световой день. Растения короткого дня при длительном освещении затягивают развитие, у них удлиняется вегетационный период.
Фотосинтез в зеленом растении начинается при слабом освещении утром, достигает кульминации к полудню и идет на убыль к вечеру из-за уменьшения освещения. При наступлении темноты фотосинтез прекращается.
Перед сельскохозяйственной наукой стоит задача повышения фотосинтетической деятельности растений. На этом пути открываются широчайшие возможности повышения урожайности культур.
Регулировать освещенность сельскохозяйственных растений можно агротехническими приемами, главнейшие из которых следующие.
1. Правильный расчет нормы высева семян, влияющий на густоту стояния растений и обеспечивающий наилучшее освещение растений в течение вегетации.
2. Направление рядков посева по отношению к странам света. Прибавка урожая зерновых культур от направления рядков с севера на юг по сравнению с направлением с запада на восток составляет 0,2-0,3 т/га в результате лучшего освещения растений в утренние и вечерние часы и затенения их друг другом в жаркий полдень.
3. Различные способы посева, что позволяет более равномерно разместить растения по площади и улучшить их освещенность.
Необходимо учитывать биологические особенности культур и высевать светолюбивые культуры на южных склонах. Более ранний срок посева, как правило, способствует усилению фотосинтетической деятельности растений и повышению урожая. Запаздывание с посевом относительно оптимального срока приводит к меньшему накоплению органического вещества и недобору урожая.
4. Своевременное уничтожение сорных растений, резко снижающих продуктивность фотосинтеза в посевах.
5. Смешанные посевы светолюбивых и теневыносливых растений, обеспечивающие более полное использование солнечной радиации в расчете на единицу поверхности почвы.
В последнее время все больше распространяются промежуточные посевы (озимые, поукосные, пожнивные и подсевные), позволяющие после уборки основной культуры севооборота получать на этой же площади урожай зерна или зеленой массы другой культуры, имеющей более короткий вегетационный период. Промежуточные посевы дают возможность накапливать энергию солнечного луча в течение почти всего теплого периода года, служат дополнительным источником корма и органическим удобрением, способствующим повышению плодородия почвы.