Динамика фотосинтетической активной радиации в Уссурийском городском округе

В статье представлен анализ информации по фотосинтетической активной радиации и составление динамики полученных данных с ФГБУ Приморское УГМС, агрометеорологической станции Тимирязевский в Уссурийском городском округе. Раскрывается важность солнечной и фотосинтетической активной радиации, так же влияние на окружающую среду.

Ключевые слова: фотосинтетическая активная радиация, солнечная радиация, Приморский край,PAR, инфракрасное излучение, солнечная радиация, окружающая среда.

Фотосинтетически активная радиация, или, сокращённо, ФАР (PAR) — часть доходящей до биоценозов солнечной радиации в диапазоне от 400 до 700 нм, используемая растениями для фотосинтеза [1]. Этот участок спектра более или менее соответствует области видимого излучения. Фотоны с более короткой длиной волны несут слишком много энергии, поэтому могут повредить клетки, но они по большей части отфильтровываются озоновым слоем в стратосфере. Кванты с большими длинами волн несут недостаточно энергии и поэтому не используются для фотосинтеза большинством организмов [2] (рис.1). Большинство растений выглядят зелеными, так как хлорофилл в их клетках отражает зеленый свет. Вода часто кажется синей, так как этот цвет путешествует глубже всего перед тем, как впитаться. Находясь на суше, растения используют практически весь видимый диапазон для фотосинтеза. Однако даже под водой, когда доступен только синий свет, фотосинтез все же может происходить.

Рис. 1. Фотосинтетическая активная радиация — это диапазон видимого света, который растения могут использовать для фотосинтеза [2]

Солнечная радиация — это лучистая (электромагнитная) энергия солнца. Она обеспечивает свет и тепло для Земли и энергию для фотосинтеза, так же необходима для метаболизма окружающей среды и ее обитателей [1]. Три соответствующих полосы или диапазона вдоль спектра солнечного излучения являются ультрафиолетовым, видимым (PAR) и инфракрасным. Из света, достигающего поверхности Земли, инфракрасное излучение составляет 49,4 %, тогда как видимый свет дает 42,3 %. Ультрафиолетовое излучение составляет чуть более 8 % от общего солнечного излучения. Каждая из этих полос по-разному влияет на окружающую среду [4].

Количество и интенсивность солнечного излучения, которое получает местность или водоем, зависит от множества факторов. Эти факторы включают широту, время года, время суток, облачность и высоту. Не вся радиация, испускаемая солнцем, достигает поверхности Земли. Многое из этого поглощается, отражается или рассеивается в атмосфере. На поверхности солнечная энергия может поглощаться непосредственно от солнца, называемого прямым излучением, или от света, который рассеивается при попадании в атмосферу, называемого косвенным излучением. Солнечное излучение обеспечивает тепло, свет и энергию, необходимые для всех живых организмов. Инфракрасное излучение обеспечивает тепло для всех мест обитания, на суше и в воде. Без солнечного излучения поверхность Земли была бы на 32 °C холоднее. Свет также обеспечивается солнечным излучением. Хищники не смогут эффективно охотиться на добычу без солнечного света, и жертва не сможет использовать темные области, если хищники приспособлены к темным местам обитания. Человеческие глаза адаптированы к видимому спектру, хотя некоторые другие виды могут видеть ультрафиолетовый свет в дополнение к цветам. В частности, важен уровень фотосинтетической активной радиации (PAR), которую получает область. Это потому, что разные растения реагируют на разные длины волн PAR. Большинство растений отражают зеленые волны, поглощая остальную часть спектра видимого света. Кроме того, тенистые растения реагируют на более низкие уровни PAR, в то время как солнечные растения собирают PAR более эффективно при более высоких уровнях освещенности. Другими словами, по мере увеличения солнечного излучения (интенсивности) солнечные растения испытывают более высокие темпы фотосинтеза. Листья растений солнца маленькие и толстые, со специальными клетками, позволяющими повышать эти показатели. Теневые растения проводят фотосинтез при более низком уровне интенсивности излучения. Их листья тоньше, длиннее и содержат меньше клеток хлорофилла. Это облегчает фотосинтез в условиях низкой освещенности. Хотя основным преимуществом фотосинтеза является энергия для растения, у него есть и другие важные результаты. Кислород является побочным продуктом фотосинтеза. Процесс гарантирует, что больше кислорода производится, чем расходуется организмами в окружающей среде. Если при фотосинтезе недостаточно растворенного кислорода под водой, это может создать бескислородные условия, в которых рыба и другие организмы не могут жить. Фотосинтез также потребляет углекислый газ, тем самым снижая уровень углекислого газа в воздухе и воде [4].

Солнечное излучение должно пройти через многочисленные барьеры, прежде чем оно достигнет поверхности Земли. Первый барьер — атмосфера. Около 26 % солнечной энергии отражается или рассеивается обратно в космос облаками и частицами в атмосфере. Еще 18 % солнечной энергии поглощается в атмосфере. Озон поглощает ультрафиолетовое излучение, а углекислый газ и водяной пар могут поглощать инфракрасное излучение. Оставшиеся 56 % солнечного излучения способны достичь поверхности. Однако часть этого света отражается от снега или других ярких поверхностей земли, поэтому только 48 % доступно для поглощения землей или водой. Из излучения, которое достигает поверхности, примерно половина — это видимый свет, а половина — инфракрасный свет. Эти проценты отражения и поглощения могут варьироваться в зависимости от облачного покрова и солнечного угла. В облачную погоду до 70 % солнечной радиации может поглощаться или рассеиваться атмосферой. Измерения ФАР используются в сельском хозяйстве, лесоводстве и океанографии. Одно из требований к продуктивному участку земли — адекватное значения ФАР, то есть этот параметр можно использовать для оценки потенциальной производительности участка. Сенсоры ФАР, расположенные на разных уровнях под навесом леса, позволяют измерить доступную для утилизации экосистемой ФАР. Измерения этого параметра также используются для определения эвтрофической зоны океана. Для оценки применяется интеграл дневного освещения — количество фотосинтетически активной радиации, которую растение получает в течение дня [3].

С агрометеорологической станции “Тимирязевский” были получены данные значений фотосинтетической активной радиации за период 2011–2017 год. Была определена динамика показателей: абсолютный прирост, темп роста %, темп прироста % (табл.1).

Средний уровень исследуемого динамического ряда: 192,09 мкмл м^-2 с^-1

Среднегодовой темп роста: 124,9 %

Среднегодовой темп прироста: 24,9 %

Таблица 1

Динамика фотосинтетической активной радиации за период 2011–2017 год

Таким образом на протяжении всего исследуемого периода объем фотосинтетической активной радиации в Уссурийском городском округе увеличивался. Ориентировочно показатель фотосинтетической активной радиация составляет 192,09 мкмл м^-2 с^-1. В среднем показатель увеличивался на 0,63 мкмл м^-2 с^-1 в год или на 24,9 % в относительном выражении.

Литература:

1. Wetzel, RG (2001). Limnology: Lake and River Ecosystems (3rd ed.). San Diego, CA: Academic Press.
2. Gray, JR, Gylsson, GD, Turcios, LM, & Schwarz, GE (2000, August). Comparability of Suspended-Sediment Concentration and Total Suspended Solids Data. USGS Water-Resources Investigations Report 00–4191. Reston, VA: US Geological Survey.
3. Langland, M., & Cronin, T. (Eds.). (2003). A Summary Report of Sediment Processes in Chesapeake Bay and Watershed. In Water-Resources Investigations Report 03–4123. New Cumberland, PA: US Geological Survey.
4. Furukawa, K., Wolanski, E., & Mueller, H. (1996). Currents and Sediment Transport in Mangrove Forests. Mangroves and Salt Marshes, 1(1). SPB Academic Publishing bv, Amsterdam.
5. ФГБУ Приморское УГМС, агрометеорологическая станция Тимирязевский.