Поглощение энергии света листьями

Лист как орган растения, приспособленный к фотосинтезу, сформировался в результате длительного эволюционного процесса. Он представляет собой эффективную систему для поглощения и преобразования энергии света в ходе фотосинтеза. Структура листа обеспечивает наиболее полное поглощение квантов света, поступление углекислого газа из атмосферы к хлоропластам, а также воз­можность оттока ассимилятов из автотрофных клеток.

Рассмотрим, как складывается энергетический баланс листа в умеренной зоне. В летний полдень приход солнечной радиации составляет около 30-10⁵ Дж/(м²·ч). В среднем листья поглощают 80-85 % энергии фотосинтетически активной радиа­ции (ФАР), которой является видимая часть спектра электромагнит­ного излучения с дли­ной волны 400 - 700 нм, и 25 % энергии инфракрасных лучей, что составляет около 55 % энергии общей радиации, или 16,5-10⁵ Дж/(м²·ч). Лист отражает 10 % ФАР и 45 % инфракрасных лучей и пропускает со­ответственно 5 и 30 %. На фотосинтез ис­пользуется 1,5-2 (до 3) % поглощенной фотосинтетически активной радиации, остальная поглощенная энергия расходуется в основном на испарение воды - транспирацию (95- 98 %), возможен также и теплообмен с атмосферой.

Лист имеет ограниченный рост и характерное для данного вида и сорта строение. Как орган, осуществляющий ассимиля­цию и испарение, он отличается плоской структурой и неболь­шой толщиной, измеряемой долями миллиметра. Благодаря этому при малых затратах строительного материала создается значительная общая поглощающая поверхность листьев. Так, сухая масса 1 м² листовых пластинок составляет 30-40 г. Тонкая листовая пластинка лучше просвечивается, что способствует пол­ноценной работе всех клеток листа. Толщина листа тесно коррелирует с интенсивностью света, при которой он развивается. При ограниченном освещении тол­щина листовой пластинки меньше. При детальном рассмотрении поверхность листа выглядит волнистой, что увеличивает полноту улавливания солнечных лучей.

Листовая поверхность достигает значительных размеров и превосходит площадь почвы, которую занимает растение. Для характеристики размеров фотосинтетического аппарата исполь­зуют индекс листовой поверхности, который рассчитывают как площадь листьев (м²), приходящуюся на 1 м² почвы. Для сель­скохозяйственных растений умеренной зоны средние значения листового индекса 3-5, в южных широтах с влажным климатом до 8-10. Например, поверхность листьев 1 га посевов зерновых культур в фазе цветения достигает 20-40 тыс. м², у низкорослых яблонь во время вегетации площадь листьев составляет 25-30 тыс. м²га.

Благодаря большой поверхности и определенному размеще­нию листьев в пространстве растение может использовать как прямой, так и рассеянный свет, падающий под различными уг­лами. Большое значение для эффективного улавливания света имеет архитектоника растений, под которой понимают про­странственное расположение органов. У высокопродуктивных зерновых культур листья на стебле снизу вверх располагаются под все уменьшающимся углом и не затеняют друг друга. Оптимизация листовой поверхности посева или насаждения - важный способ управления продукционным про­цессом.