Майже шахові С3-С4
Інтенсивність процесу перетворення спожитої сонячної енергії у хімічну енергію органічних речовин (процес фотосинтезу) залежить не тільки від інсоляції ФАР та коефіцієнта її засвоєння (ККД ФАР), а й значною мірою від концентрації СО2 у надґрунтовому шарі повітря, від рівня мінерального живлення рослин, водного режиму та температури. У середньому кожна тисяча одиниць ФП (фотосинтетичного потенціалу) в умовах помірного клімату створює приблизно 3 кг зерна. Звідки виходить, що пізні сорти сільськогосподарських культур з високим ФП є більш урожайними, ніж ранні. Тому питання, що є прагматичнішим, необхідно вирішувати системно з урахуванням багатьох факторів.
Найбільш висока інтенсивність фотосинтезу у рослин помірного клімату спостерігається в температурному інтервалі 24–26 °C. Для більшості польових культур оптимальна денна температура — 25 °C, а нічна — 16–18 °C. При підвищенні температури до 35–40 °C фотосинтез припиняється у результаті порушення біохімічних процесів та надмірної транспірації. Істотне відхилення температури від оптимальної у бік підвищення або пониження помітно знижує ферментативну активність та інтенсивність фотосинтезу.Концентрація вуглекислоти, за якої поглинання вуглекислого газу при фотосинтезі врівноважується його виділенням під час дихання, називається вуглекислотним компенсаційним пунктом (ВКП). У різних видів рослин ВКП може істотно різнитися. Особливо вираженою є різниця між С3- та С4-рослинами. Так, у С3-рослин ВКП знаходиться при доволі високих концентраціях С02 (біля 0,005%). С4-рослини мають здатність здійснювати рефіксацію вуглекислого газу при слабкому фотодиханні. Тому у С4-рослин ВКП наближається до нульової концентрації С02 (> 0,0005%). При зростанні концентрації С02 вище компенсаційного пункту інтенсивність фотосинтезу швидко зростає.
У С3-рослин при природному співвідношенні О2 і СО2 (21 та 0,03%) частка фотодихання становить 20–30% від швидкості фотосинтетичного карбоксилювания. Для більшості С3-рослин помірної зони оптимальна для фотосинтезу температура перебуває в інтервалі 20–25 °C. У рослин С4 температурний оптимум припадає на 30–35 °C. Верхній поріг температури для поглинання С02 для більшості С3-рослин знаходиться в області 40–50 °C, для С4-рослин — при 50–60 °C. Іншими словами температурний оптимум фотосинтезу у С4-рослин знаходиться в області вищих температур, ніж у С3-рослин.
У рослин С3 та С4 співвідношення між фотосинтетичною продуктивністю і водним балансом також значно різниться. Для С4-рослин характерним є більш економне використання води. Коефіціент транспірації, що виражає відношення кількості транспірованої води (в літрах), при утворенні 1 кг сухої речовини у С4-рослин значно нижчим 250–350 л, у С3-рослин — 600–800 л.
Тож грамотне оперування фізіологічними особливостями рослин, залежно від розвитку кліматичного сценарію, є одним із чинників ефективного технологічного забезпечення АПВ.
Технології
Ряд аналітиків та економістів достатньо обґрунтовано доводять, що сільське господарство індустріального типу та агропродовольчий ринок в цілому є достатньо нестійкими системами при зростанні цін на викопні енергоносії та інші ресурси, особливо на фоні динаміки аномальних погодно-кліматичних умов. Цілком зрозуміло, що це вимагає вкладання додаткових ресурсів і в кінцевому результаті призводить до зниження ефективності АПВ та підвищення цін на продовольчі продукти і сировину, негативно позначаючись на рівні конкурентноспроможності.
В цьому плані не останнє місце займають кліматичні фактори та зональна спеціалізація. Багатьма дослідженнями спроектовано, що в ближній перспективі глобальні зміни клімату будуть прогресуючи впливати на сільське господарство через ряд факторів, серед яких зміна тривалості вегетаційного періоду, підвищена вірогідність пізніх заморозків, просторовий перерозподіл кількості і характеру опадів та інші. Тобто вже зараз маємо ретельно вибудовувати систему та моделі технологічного забезпечення на середню і дальню перспективи.
Також читайте: Глобальні зміни клімату: парниковий ефект
Натомість, на сьогодні вирощування продуктів харчування та сировини ще здійснюється на базі технологій, яким вже понад 100 років! З іншого боку, наявні агротехнології, на жаль, генерально не відповідають сучасним викликам, маючи орієнтацію тільки на 1 провідний продукт та не відповідаючи вимогам стандартизованих сировинних ресурсів і наскрізної координації.
Цілком очікувано, що в цьому плані здійснюється пошук принципово нових (високих) технологій, перш за все ресурсозберігальних, біозахисних. Враховуючи те, що в сільському господарстві в силу ряду об’єктивних та суб’єктивних причин енерго-, матеріало-, капіталоємності, перш за все доцільно розвивати напрями, що відповідають рівням трансферу цілісних технологій та характеризуються комерційною привабливістю. При цьому методологія таких технологій вимагає зовсім нових організаційних підходів та адаптованих алгоритмів.
Аналіз динаміки формування нових підходів технологічного забезпечення галузі рослинництва на фоні прогнозів глобальних змін температурного режиму свідчить про пріоритетність трансферу цілісних технологій та системних рішень.На що мають бути зорієнтовані технології у найближчій та середньостроковій перспективах? Слід зазначити, що при глобальному потеплінні з високою вірогідністю слід очікувати зниження врожаїв трьох провідних зернових культур світу: кукурудзи, рису та пшениці. За прогнозами до 2050 року зниження очікується по пшениці на 13%, рису — на 15% та кукурудзи ≥ 10%. Дослідження показали також, що для багатьох видів злаків, фруктових дерев та інших рослин маса пагонів і плодів зменшуватиметься на 3–17% з кожним градусом приросту температури. Внаслідок зростання вартості кормових культур з високою вірогідністю зміниться і структура витрат тваринницької продукції.
Стосовно морепродуктів (без урахування рівня солоності води) на кожен градус зростання температури розмір риби відповідно зменшиться на 6–22%, а безхребетних — на 0,5–4%, що може створити додатковий попит на продукти харчування та змінити структуру харчування цілих регіонів. Через зміни температури повітря, кількості сонячних днів, хімічного складу грунтів та інших чинників рівень вуглеводів, білків, ліпідів та інших біохімічних компонентів, що визначають сировинну спрямованість, можуть сильно змінитися, що, своєю чергою, зумовлює необхідність перегляду окремих харчових технологій. Виявилось, що такі параметри, як врожайність і забезпеченість продуктами харчування на душу населення реагували на коливання температури практично миттєво, тоді як в соціальному блоці із запізненням на 5–30 років. Що дозволяє розглядати до певної міри аграрний сектор як певний лакмусовий папірець.
З іншого боку, АПВ внаслідок оперування біологічними процесами як складовими технологій більшою мірою містить та спирається на реальні механізми вирішення значного кола питань.
Все нове — це добре забуте старе. Ще на початку XX сторіччя аграрний сектор проявляв інтерес до альтернативних систем землеробства, стійких до зовнішніх впливів (за рахунок вищої екологічної адаптації та максимально можливого використання місцевих відновлювальних ресурсів). Серед альтернативних систем землеробства наразі найбільший розвиток отримало органічне землеробство, яке практикується на комерційному рівні не менше ніж у 160 країнах світу зі сформованим і динамічним сегментом ринку. При цьому наголос робився на якісну продукцію (сегмент споживачів близько 15%), продуктивність якої була меншою за традиційну і не вирішувала питання для широких верст населення, а перелік технологій не сильно різнився від традиційного.
Також читайте: Вплив кліматичних змін на ведення агробізнесу
Враховуючи, що при землекористуванні основним джерелом викидів CО2 є розкладання органічної речовини грунтів при культивації, а також вапнування грунтів, були запропоновані рішення щодо зміни виробничих процесів і впровадження практики сталого землекористування, спрямованих на зменшення викидів парникових газів та їх депонуванню з атмосфери.
Біоенергетика з використанням технології уловлювання та зберігання вуглецю (BECCS або Біо-CCS) є технологією, що спирається на комбінування використання біомаси з геологічним уловлюванням і зберіганням вуглецю. Уловлювання та зберігання вуглецю. Мудрим рішенням є рециркуляція біогенних елементів та їх ефективне використання. З економічними ризиками легше справитися, якщо у фермерів більше джерел доходу (ресурсне забезпечення передових технологій), а виробництво охоплює не 1–2 ринково успішні культури.
Приклад застосування селекційно-генетичної технології. У ячменю винайдено ген SUSIBA-2 (посилення синтезу крохмалю в насінні), який є перспективним для зменшення викидів метану на рисових плантаціях. Переважна більшість таких рішень опирається на результати фундаментальних досліджень, що, своєю чергою, індикативно свідчить про відповідність рівня організації науки інноваційним викликам.
Добрива
Всі досить добре розуміють, що в переважній більшості інтенсивні технології, на які опирається вал зернових, базуються на застосуванні добрив. У цьому плані на сьогодні маємо дефіцит органіки, з одного боку, високу вартість синтетичних мінеральних добрив і недостатній рівень ефективності практичного застосування сидератів та рослинних решток. Заорювання рослинних решток сільськогосподарських культур забезпечує 60–80% щорічного надходження до грунтів антропогенного азоту. Залишені на полях пожнивні рештки, що містять азот, є одним з основних джерел атмосферної емісії закису азоту. Обсяг викидів від застосування синтетичних добрив становив 13% від усіх викидів в сільському господарстві в 2011 році. Синтетичні добрива є найбільш швидко зростаючим джерелом викидів у сільському господарстві, підвищення на 37% з 2001 року.
Дослідженнями встановлено стимулюючу дію мінеральних азотних добрив на поток метану та закиси азоту з торфових грунтів. При цьому значним є внесок нітрифікуючих бактерій у процесі поглинання метану не тільки на торфовищах, а й на ряді інших зональних типах грунтів.
Встановлено також, що причиною майже третини всього обсягу емісії N2O від орних грунтів України є застосування мінеральних азотних добрив. При внесенні рідких добрив газоподібні втрати азоту становлять до 30%, а при внесенні на глибину 10 см за оптимальної вологості ≤5%. При основному застосуванні азотних добрив газоподібні втрати можуть сягати 30–50%. При внесенні добрив безпосередньо під культури втрати становлять 5–24%. При цьому слід враховувати, що застосування азотних і фосфорно-калійних добрив значно підвищує дефіцит вологи, оскільки пропорційно підвищенню врожайності надземної маси зростає і водоспоживання. На удобрених полях висушувальна дія рослин на грунт починає проявлятися раніше і на більшу глибину, ніж на неудобрених.
