البناء الضوئي للمحاصيل

تباين كفاءة المحاصيل في عملية التمثيل الضوئي:

تختلف المحاصيل فيما بينها في قدرتها على تحويل الطاقة الضوئية إلى مادة جافة. وتختلف قدرة الحاصلات على تثبيت الطاقة الضوئية وتحويلها إلى مادة جافة فهي مرتفعة في النباتات رباعية الكربون مثل الذرة الشامية والذرة الرفيعة وقصب السكر ومنخفضة في النباتات. ثلاثية الكربون مثل الشعير والقمح وبنجر السكر. ويوجد تفاوت كبير في كمية المادة الجافة التي تنتجها نباتات أيض حامض كراسيلاسيا. وتختلف الحاصلات كذلك في قدرتها على تثبيت الطاقة الضوئية وتمثيل المادة الجافة في الأطوار المختلفة من حياتها إذ تبلغ قدرة الحد الأعظم في الفترة من 55 الى 70 يوماً من الزراعة في الذرة الشامية ومن 65 الى 85 يوماً من الزراعة في الفول السوداني ومن 60 الى 70 يوماً من الزراعة في السمسم. ويرجع انخفاض قدرة النباتات على تحويل الطاقة الضوئية الساقطة بوحدة المساحة في الفترات الأولى من حياة النبات إلى عدم تغطية سطح الأرض جيداً أو بمعنى أخر نقص دليل مساحة الأوراق مما ينتج عنه مرور أشعة ضوئية خلال الكساء الخضري دون أن يعترضه مجموع خضري، كما يرجع نقص القدرة على الاستفادة من الطاقة الضوئية الساقطة في الأطوار المتقدمة من حياة المحصول إلى تظليل أوراق النباتات بعضها بعضاً وتدخل الأوراق ولا سيما الأوراق السفلى مرحلة تطفلية وفيها تستهلك قدراً من الطاقة يزيد عما تنتجه وبالتالي يقل معدل صافي التمثيل الضوئي.

وتختلف محاصيل الحقل في كفاءة اعتراضها للضوء وبالتالي في كفاءة التمثيل الضوئي. ويتوقف ذلك على تركيز ثاني أكسيد الكربون بالوسط النامي به المحصول كما يوضح الشكل التالي زيادة معدل البناء الضوئي بزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في كل من الذرة الشامية حتى 800 جزء في المليون وفى نبات القمح حتى 450 جزء في المليون بالوسط النامي به المحصول. وتختلف كفاءة المحاصيل في تثبيت الطاقة الضوئية وإنتاج المحصول بالتحكم في العمليات الزراعية المختلفة مثل الري والتسميد وأساليب الزراعة المختلفة. والعوامل التي تؤدى إلى زيادة مقدار التمثيل الضوئي بوحدة المساحة من الأرض والعوامل التي تؤدى إلى نقص مقدار الطاقة المفقودة في التنفس والعوامل التي تؤدى إلى زيادة انتقال المواد الغذائية من النبات إلى الأعضاء التي تزرع المحاصيل من أجلها هي العوامل التي تؤدى إلى زيادة كمية المحصول الاقتصادي.

شكل (1) اختلاف كل من الذرة الشامية والقمح في كفاءة التمثيل الضوئي طبقاً لتركيز ثاني أكسيد الكربون بالوسط النامي به المحصول

البناء الضوئي وعلاقته بالكساء:

تعتمد العلاقة بين الاشعاع الساقط وصافي البناء الضوئي للمحاصيل على دليل مساحة الورقة وتركيب الكساء الخضري، فعند معدلات منخفضة من الإشعاع (˃0.4 سعر/ سم2 / دقيقة) يزيد البناء الضوئي للمحصول إلى زيادة تكاد تكون خطية مع الزيادة في الأشعاع ودوام التشبع الضوئي الواضح عند معدلات عالية من الاشعاع الشمسي يختلف كثيراً من يوم لأخر في الحقل، أوضحت الدراسات أن تركيز ثاني أكسيد الكربون الجوي المرتفع دليلاً ضعيفاً على زيادة التشبع الضوئي والمعدلات القصوى لناتجات البناء الضوئي في مواعيد متباينة مقارنة بما في 16 أكتوبر من السنة حيث كانت معدلات ثاني أكسيد الكربون الجوي وسرعة الرياح أقل، والعلاقة بين صافي تبادل لثاني أكسيد الكربون ودليل مساحة الورقة في محصول القمح فنجد أن زيادة صافي البناء الضوئي متمشياً مع الزيادة في دليل مساحة الورقة إلى أن تصل حوالي 6.

الكفاءة الإنتاجية لحاصلات الحقل:

تقوم النباتات بتثبيت الطاقة الضوئية في مجال الضوء المرئي (4.0-0.7 ميكرون) إلى طاقة كيميائية عن طريق عملية البناء الضوئي وبتكوين المادة الجافة التي يستفيد منها الإنسان في غذائه وملبسه حيث يصل إلى سطح الأرض نحو 5 ¹⁰ كيلو سعر يستخدم النبات منها الطاقة في مجال الضوء المرئي وتعادل 50% من هذا المقدار وينعكس من هذا القدر 40% من سطح المحيطات والرمال والصخور والنباتات بينما يستخدم 60% من مقدار الطاقة الشعاعية في مجال الضوء المرئي أي نحو 30% من الكمية الأصلية الإشعاعية في البناء الضوئي. ولا تزيد نسبه الطاقة الضوئية التي تتحول إلى طاقة كيميائية عن 1% من الكمية الكلية، وتكفى الطاقة الإشعاعية الساقطة على سطح الأرض والمستخدمة في عملية التمثيل الضوئي لتكوين 3 ¹⁰ طن من المركبات العضوية سنوياً ويفقد نحو ثلث هذا المقدار في التنفس ولهذا يبلغ مقدار كمية المركبات العضوية الممثلة على سطح الأرض 2 ¹⁰ طن.