Systems. Methods. Technologies 3 (43) 2019

Системы Методы Технологии. В.С. Степанов и др. Использование эксергетического … 2019 № 3 (43) с. 74-80 77 ветственна за снабжение растений водой и элементами минерального питания и за регуляцию теплового ре- жима растений. В зависимости от интенсивности фото- синтетически активной радиации (ФАР), водного и температурного режима, скорости ветра, концентрации СО 2 в воздухе, плодородия почвы и видовых особенно- стей растения процесс фотосинтеза может происходить с большей или меньшей скоростью. Другой фундаментальный процесс, дыхание , ответ- ствен за снабжение энергией различных биохимиче- ских процессов синтеза, связанных с ростом, построе- нием новых структурных элементов растений и с транспортом веществ. Кроме того, дыхание обеспечи- вает поддержание живых структур органов растений. При этом затрачиваются органические вещества, нако- пленные в растениях. Третий фундаментальный процесс — рост . В этом процессе все свежие ассимилянты используются не- медленно на рост, часть их накапливается в резерв, который может находиться в любом органе (листьях, стеблях) и используется при отклонении внешних ус- ловий от оптимальных, например, при снижении тем- пературы. Ассимилянты, запасенные на более длитель- ный период, накапливаются большей частью в корнях. В результате прироста отдельных органов возрастает их биомасса и биомасса растения в целом, увеличивается и относительная площадь листа. Вегетация растений оце- нивается характеристиками, обычно включающими поня- тие продуктивность [8]. Например, первичная продук- тивность экологической системы, валовая первичная продуктивность , чистая первичная продуктивность и т. д. Чтобы перейти от показателя продуктивность (ско- рость) к показателю продукция , нужно ввести фактор времени, т. е. речь должна идти о количестве энергии, фиксированной за определенное время. Например, уро- жай за год, за вегетационный период. Как известно, излучение не всех длин волн одина- ково биологически активно. Отдельные участки спек- тра даже для одного и того же биологического процес- са имеют различную активность. Биологически актив- ную радиацию б I (свет, эритемная радиация, ФАР) можно представить в виде: , )( )( 0 б       d I I (11) где )(  I — спектральная плотность потока радиации; )(  — спектр биологического действия радиации. Спектр действия фотосинтеза растений в настоящее время сравнительно четко установлен. Фотосинтетиче- ски активной радиацией считается лучистая энергия в области спектра 380–710 нм. Основные закономерно- сти изменения потоков прямой, рассеянной и суммар- ной радиации определяются высотой Солнца, прозрач- ностью атмосферы, облачностью, продолжительностью солнечного сияния и некоторыми другими факторами. Предложены формулы для расчета суточного хода суммарной радиации при безоблачном небе, с учетом облачности и т. д. Таким образом, формирование растения — это сложная совокупность целого ряда физиологических процессов, интенсивность которых определяется не только факторами внешней среды и биологическими особенностями растений, но и взаимосвязями самих процессов. Решающую роль в функционировании этого комплекса играет поступление, потребление и перенос энергии. По структуре это очень напоминает сложный технологический процесс в промышленности. Поэтому биологи для своих исследований используют те же приемы и показатели, что и при исследовании техниче- ских систем. Существующие методы оценки эффективности процесса вегетации. Рассмотрим, какими показателя- ми эффективности процесса вегетации пользуются в настоящее время биологи. Обычно в литературе рас- сматривается теоретически возможный КПД листьев для чистого фотосинтеза [7; 9–11]: П Ф Ф Ф, L L с   (12) или, с учетом дыхания, по формуле: П ) (Ф Ф Ф, L L L R с    . (13) Здесь Ф с — коэффициент перехода от единиц массы восстановленной углекислоты в мгСО 2 к энергетиче- ским единицам в калориях; L Ф — интенсивность фо- тосинтеза листа, мгСО 2 /(дм 2 · ч); L R — интенсивность дыхания листа, мгСО 2 /(дм 2 · ч); П — поглощенная лис- том фотосинтетически активная радиация. Эффективность использования солнечной энергии фитоценозами характеризуется КПД, который опреде- ляется отношением количества энергии, запасенной в продуктах фотосинтеза или образовавшейся в фито- массе урожая, к количеству использованной радиации: , 100 Ф эн    Q qY (14) где q — калорийность растения, ккал/кг ; Y — биологи- ческий урожай общей сухой фитомассы, г/см 2 ;  Ф Q — сумма ФАР за вегетационный период. КПД фитоценозов можно выразить как относитель- но падающей, так и относительно поглощенной фито- ценозом радиации. Они связаны соотношением: , эн п эн п   (15) где эн п  — КПД, определенный относительно падаю- щей радиации; эн   — КПД относительно поглощенной радиации; п  — функция поглощения радиации фото- синтезом. То есть мы видим попытку использовать термоди- намические методы для исследования процессов жи- вой природы. Но здесь следует сделать два важных замечания.