Широтный эффект

Несмотря на слабый свет и короткое время выращивания в высоких широтах (приполярье), очень длинные летние дни дают более чем достаточное количество света для бойкого роста растительности. Суммарная дневная величина для позднего лета составляет 400 лэнгли в июле в индийском Мадрасе на 13° СШ; 680 лэнгли в калифорнийском Фресно на 36° СШ; 450 лэнгли в Фэйрбэнкс на Аляске на 64° СШ. Средний уровень излучения в умеренных областях от одного до пяти раз выше, чем в тропиках (Чанг, 1968 г.).

На побережьях или в прибрежных районах этот эффект усиливается средними температурами, которые передаются конвекцией воздуха над тёплыми течениями в таких областях, как Аляска или северо-западные побережья Европы. Преимуществом таких областей является то, что обычно более низкие температуры, совместимые с фотосинтезом, придают фотосинтезу некую эффективность, что помогает успешно выращивать значительные урожаи зерновых культур, ягод, томатов, картофеля, овощей, приспособив их к условиям длинного дня и короткого сезона. Обычно глубокие приледниковые слои почвы обеспечивают основу для выращивания гигантской капусты, салата, шпината и корнеплодов, делая эту местность очень привлекательной для земледелия в летнее время. Такие условия преобладают на Аляске, в Гренландии, Ирландии, Шотландии и в некоторых районах Норвегии. Укрытие и дополнительные питательные вещества из морских водорослей, навоза дают большой рост луговым травам и способствуют богатым урожаям овощей в длинные летние дни. В Ирландии небольшие поля, огороженные камнями, дают изобильные урожаи вязолистной таволги (сочного сена?), корнеплодов и зелени для зимних запасов.

С другой стороны, изобилие света в низких широтах (тропиках) неполезно в силу крайне высоких температур, а избыточный свет может означать насыщение растений интенсивным светом. Интенсивный свет может вызвать снижение фотосинтеза, и вырабатываемой в растениях энергии может быть меньше, чем в частично затенённых растениях. Тень (на уровне 20% от прямого солнечного света) является величайшим преимуществом в тропических пустынях и солнечных экваториальных климатах. Испытания с использованием с тканевого навеса с пропускной способностью 50-70% света показали значительное увеличение валовой массы и урожая таких растений, как, например, сахарной свёклы, тем самым подтверждая важность использования тени от деревьев и тканевых навесов в пустынях и на открытой местности в тропиках.

Похожим образом температуры свыше 25°С резко снижают эффективность фотосинтеза, в силу этого факта выращивание растительного сырья в обычной пустыне или на экваторе при высоких температурах и большом количестве света крайне невыгодно. В арктических или высоких широтах 15°С считается наилучшей температурой для выращивания приспособленных видов и сортов культур, а диапазон 20-24°С – для многих полезных пищевых растений. Известно, что в тропиках невысоки урожаи тех растений, которые также могут выращиваться и в умеренных областях; тень как защита от света способна играть значительную роль в борьбе за более высокий урожай.

В ярком свете температура листвы зачастую превышает температуру воздуха, поэтому рассеянный свет, пасмурные дни и облачность в высоких широтах помогают росту, особенно после полудня, когда под прямым солнечным светом температура также поднимется выше оптимального уровня.

Продуктивность фотосинтеза ограничена способностью листа получать двуокись углерода или низким содержанием двуокиси углерода. При высокой интенсивности света необходимо поставлять углекислоту (до показателя насыщенности 0,13% для двух-трёхкратного увеличения скорости фотосинтеза). Обеспечить поступление углекислого газа можно с помощью компоста или содержанием домашних животных в теплицах, где света более чем достаточно.

Из этого следует, что лето в высоких широтах является лучшим временем для производства биосырья, тогда, как в экваториальных районах биомасса выращивается в основном за счёт круглогодичного роста (неэффективного) и многолетних культур. Наилучших постоянных низких температур при небольшом количестве света можно иногда достичь и на нижнем ярусе высокополнотных лесов тропических гор, но площадь таких мест слишком мала, и концентрация углекислого газа также невысока. Например, урожай риса в 4-5 раз больше в областях умеренного климата, чем в тропиках, хотя три урожая в год, снимаемых в тропиках, помогают повысить местную урожайность.

Необходимо сделать осуществимым использование деревьев с проницаемой кроной для повышения урожайности в тропиках, располагая эти деревья в междурядьях культур с целью понизить количество поступающего света и температуру, например, используя бобовое растение рода Prosopis в посадках проса в Индии или частично затеняющее растение колоказия на Гавайских островах. В умеренных областях улучшается рост травы под ветрозащитой, однако это также может создать более тёплые условия и вызвать недостаток механического повреждения ветром, которое обеспечивает такое растение, как, например, ракитник порослевый. Испытания передающих свет или пальм с разреженной кроной, а также стручковых деревьев в этой роли покажут быстрые результаты, и произведено немало положительных наблюдений, позволяющих предположить, что (при достаточном обеспечении водой) тропические урожаи под стручковыми деревьями гораздо выше, чем в самостоятельных посадках культур.

Частью проблемы (как для производства биомассы, так и для питания растений) является то, что постоянно выращиваемые в тропиках культуры из умеренных областей не адаптированы к тропикам. Настоящие тропические растения не только выдерживают большое количество света до собственного насыщения, но и способны производить реакцию фотосинтеза даже при очень низком уровне углекислого газа (0,1%).

Подводя итоги, хочется сказать, что мы не должны считать проблему климатических условий на участке непреодолимой в большей степени, чем решение проблемы безлесности или почвенной эрозии. Разумное размещение элементов проекта способно внести мириаду изменений в работу местного климата на любом участке. В техническом плане мы можем преобразовывать потоки поступающей энергии в полезную энергию от таких источников, как ветер и солнце, обеспечивая нужды своего участка. Структурируя участок посредством деревьев, прудов, земляных систем, живых изгородей, мы способны активно изменять климатические условия в лучшую сторону и устранять некоторые местные ограничивающие факторы.

5.9

ССЫЛКИ

Чанг Джен Ху, Климат и сельское хозяйство, Aldine pub. Co., Чикаго, 1968 г.

Чорли Р. Дж., (изд.), Вода, Земля и Человек, Methuen pub. & Co., Лондон, 1969 г.

Кокс, Джордж В. и Майкл Д. Аткинсон, Сельскохозяйственная экология, W.H. Freeman & Co., Сан-Франциско, 1979 г.

Даубенмайер, Рексфорд Ф., Растения и окружающая среда, Wiley International, 1974 г.

Эйр С.Р., Мировые мозаики растительности, Macmillan, Лондон, 1971 г.

Гаскел Т.Ф., Физика Земли, World of Science Library, Thames & Hudson, Лондон, 1970 г.

Гейгер Рудольф, Климат приземного слоя, Harvard University press, 1965 г.

Хольфорд Ингрид, Переводя язык погоды, David & Charles, аббатство Ньютон, Великобритания.

Джеймс П.И., Очерк о географии, Ginn & Co., Бостон, 1941 г.

Тревартха С.Т., Знакомство с климатом, McGrawHill, Нью-Йорк, 1954 г.

Твидейл С.Р., Структурные формы суши, Australian National University press, Канберра, Австралия.

Сотрудники хорториума Л.Х. Бейли, унивеститет Корнелла, Хортус III, Краткий словарь растений, культивируемых в Соединённых Штатах Америки и Канаде, Macmillan Publishing Co., 1976 г.

5.10