العوامل البيئية التى تؤثر على نمو المحاصيل (الضوء)

الشمس هي مصدر الحياة على سطح الأرض فهي المصدر الأساسي للطاقة اللازمة لحياة النبات حيث يتضح ذلك من خلال امتصاص كلوروفيل النبات للطاقة الضوئية من الشمس ويحولها إلى طاقة كيميائية فى صورة السكريات البسيطة. ولا يقف أثر ضو الشمس على النبات عند ذلك الحد بل له تأثيرات منبهة أخرى مثل تكشف الأعضاء الثمرية بالإضافة إلى تأثيره على العمليات الفسيولوجية والتركيب الكيماوى وما يتبعها من تأثير على الشكل الظاهري والتشريحي للنبات ووجد لخصوبة التربة تأثيرا على تفاعلات الضوء في النبات وارتفاع الخصوبة يزيد من كمية الكلورفيل بالنبات وبالتالي تزيد كفاءة التمثيل الضوئى وتأثير الضوء في النبات يكون منتظم إلى حد ما على مساحات واسعة من الأرض.

مكونات الطاقة الشمسية:

تبعث الشمس طاقتها المشعة على هيئة موجات وتختلف هذه الموجات في الطول ما بین 290 - 500 ملليمكرون ويقصد بطول الموجة هى المسافة المحصورة بين قمتين لموجتين متتاليتين حيث تقدر طول الموجة بالملليمكرون أو الانجستروم. وتتكون الشمس من جسيمات تسمى الفوتون وهذه الفوتونات تسير فى موجات ويحمل الفوتون مقداراً من الطاقة تسمى الكوانتم وطاقة الكوانتم تتناسب عكسياً مع طول الموجة وكل نوع من الأشعة الشمسية يحمل قدراً من الطاقة يتناسب عكسيا مع طول الموجة.

ويمكن تقسيم الطيف الشمسى على أساس طول الموجة إلى:

1- الضوء المرئي: والضوء هو الموجات التي تتراوح طولها من 400-750 ملليمكرون وهذه الموجات هي الوحيدة من ضمن مكونات الطيف الشمسى التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة وهي كذلك التي تدخل في عملية البناء الضوئي ويقدر الضوء المرئي بنحو 50% من مجموع طول الإشعاع الشمس. ويمكن تحليل ضوء الشمس من خلال مروره بمنشور زجاجي حيث وجد أنه يتكون من الألوان الآتية:

أ. اللون الأحمر والذى يتراوح طول موجاته من 626-750 ملليمكرون

ب. اللون البرتقالي والذى يتراوح طول موجاته من 595-626 ملليمكرون

ج. اللون الأصفر والذى يتراوح طول موجاته من 574 - 595 ملليمكرون

د. اللون الأخضر والذى يتراوح طول موجاته من 490-574 ملليمكرون

ذ. اللون الأرزق والذى يتراوح طول موجاته من 435-490 ملليمكرن

ر. اللون البنفسجي والذى يتراوح طول موجاته من 400-435 ملليمكرون

وتعتبر هذه الألوان مجتمعة ذات تأثير على عملية البناء الضوئي وإن كان تأثير الأصفر والأخضر قليل بينما أهم الموجات التي تمتصها النباتات تقع بين البنفسجي والأزرق وبين البرتقالي والأحمر.

2- الأشعة تحت الحمراء Infrared radiation: وتضم هذه الأشعة الموجات الأطول من 750 ولا ترى هذه الأشعة بالعين. ويعتبر تأثير هذه الأشعة تأثيرا حراريا يزداد بطول الموجات وتأثير هذه الأشعة تأثير منبه على استطالة السيقان.

3- الأشعة فوق البنفسجية Ultraviolet radiation: وتضم هذه الأشعة الموجات الأقصر من 390 وهذه الأشعة لا ترى بالعين وليس للنبات حاجة من هذه الأشعة ولها تأثير على بعض التفاعلات الكيميائية كما أنها تميل لتشجيع تكوين صبغة الأنثوثيانين كما أنها توقف نشاط الانزيمات المشجعة على النمو وتؤثر على استطالة السيقان وهذا ما يوضح سبب تقزم سوق النبات التي تنمو على المرتفعات.

قياس شدة الضوء

يوجد للضوء المرئى ثلاثة خصائص رئيسية هى شدة الإضاءة وطول الموجات وطول فترة الإضاءة ولكل خاصية من هذه الخصائص طريقة للقياس ويمكن قياس طول الموجات بالملليمكرون وتقاس طول فترة الإضاءة بالساعات بينما شدة الإضاءة فتقاس عن طريق كمية الإضاءة التي تستقبل من شمعة قياسية تسمى Lux على مسافة متر واحد وتقدر هذه الكمية بالـ Lux أو الشمعة/ قدم.

العوامل التي تؤثر على سقوط الضوء:

تتوقف الاستفادة من الضوء الساقط من الشمس على عدة عوامل أهمها ما يلى:

1- تأثير الغلاف الجوى: تمتص الغازات المكونة للغلاف الجوى كثيراً من الأشعة الضوئية وخاصة القصيرة منها وبذلك لا يصل منها إلى سطح الأرض إلا القليل وعلى هذا تتوقف كمية الضوء الذي يصل إلى الأرض على سمك الغلاف الجوى بمعنى أنه كلما ارتفعنا على سطح البحر قل سمك الغلاف الجوى وبالتالي على امتصاصه للأشعة ويبلغ الاشعاع الشمسي في أعلى الجبال 12000 شمعة /قدم بينما تبلغ هذه القيمة 10000 شمعة/ قدم عند سفح الجبل حيث تمتص طبقات الغلاف نحو 20% من الأشعة الضوئية حيث لا تتأثر عملية التمثيل الضوئي بهذا النقص.

2- بخار الماء والأدخنة والمواد المعلقة: يعتبر بخار الماء من العوامل التي تحجز الأشعة الضوئية حيث يقدر ما يصل إلى الأرض من الأشعة في الأيام الملبدة بالغيوم حوالي 4% فقط من الضوء بينما الباقى تمتصة الأبخرة فى الأدخنة والغازات حيث ينتشر خلالها مكونا ما يسمى بضوء السماء لذا تشتد الإضاءة في المناطق الجافة عنها في المناطق الرطبة وتعتبر الأتربة والأدخنة الموجود بالهواء من العوامل التي تؤدى إلى عدم سريان الضوء في اتجاه واحد وتمتص هذه الأدخنة والأتربة جزء من الضوء قد يصل إلى 90% من الضوء المرئي.

3- الموقع بالنسبة لخطوط العرض: تختلف زاوية سقوط الشمس فى المناطق الاستوائية عنها في المناطق القطبية وتختلف كمية الضوء وعدد الساعات الضوئية حيث تزداد في المناطق الاستوائية وتقل في المناطق القطبية إلا أن كمية الأشعاع الشمسى تكون متساوية في الحالتين حيث طول الفترة الضوئية يعوض النقص في شدة الإضاءة.

4- موسم النمو: تختلف كمية الأشعة الضوئية الساقطة والممتصة باختلاف فصول السنة (مواسم النمو) لاختلاف نسبة الرطوبة في كل موسم فتزداد الرطوبة في الشتاء عن باقي الفصول وبالتالي تزداد كمية الاشعة الممتصة واختلاف الأشعاع الشمسي في الفصول المختلفة ينتج عن بعد الأرض عن الشمس والذى يؤثر على كمية الأشعة الساقطة.

5- تأثير الطبقات الخضرية: ينفذ حوالى 10 % من الضوء الساقط على أوراق الأشجار للنباتات النامية تحتها في الغابات.

6- تأثير طبقات المياه: تؤثر طبقات المياء على الضوء الساقط حيث لا توجد محاصيل اقتصادية تعيش تحت سطح الماء وتعكس طبقات الماء جزءاً كبيراً من الأشعة الساقطة و 50% من الجزء الذي يخترق طبقات الماء يصل لعمق 5 متر فقط وعند عمق 50 متر فلا يوجد من الضوء إلا كميات ضئيلة جداً.

كفاءة النباتات في استخدام الضوء:

تقسم النباتات حسب شدة الضوء التي تحتاجها إلى:

1. نباتات تنمو جيداً في ضوء النهار (Helophytes)

2. نباتات تنمو أفضل تحت شدة إضاءة منخفضة (Sciophytes)

يختلف المدى من الضوء الذى تحتاج اليه مجموعة النباتات التي تنتمي إلى كل من المجموعتين السابقتين وذلك بسبب اختلاف كفاءة النباتات في استخدام الضوء خلال مراحل النمو المختلفة وهو ما يسمى بالأقلمة. وتعتبر الأقلمة من أدوات النباتات في التكيف مع البيئة الغير مواتية لاحتياجات النبات مع نقص شده الاضاءه كما يلي:

1. القدرة العالية على زيادة محتوى الأوراق من الكلورفيل تحت شدة الضوء المنخفض.

2. رقة طبقة الكيوتيكل على الأوراق.

3. ارتفاع كفاءة النبات فى استخدام شدة الإضاءة المنخفضة للضوء المنعكس. ولقد ساهم الانسان فى زيادة كفاءة استخدام النبات للضوء وذلك عن طريق بعض العمليات الزراعية والتي من أهمها:

أ. زراعة العدد الأمثل للنباتات بوحدة المساحة.

ب. زراعة النباتات على مسافات متساوية للحصول على أفضل توزيع للنباتات بالحقل حيث يؤدى هذا التنظيم إلى تأخير بداية التنافس بين النباتات على الضوء.

جـ. زراعة النباتات في صفوف تتجه من الشرق إلى الغرب إذ يمكن استغلال أكبر قدر من الضوء ولو زرعت النباتات في صفوف تتجه من الشمال إلى الجنوب لظللت النباتات بعضها البعض ونقص تبعاً لذلك استغلال الطاقة الضوئية.

4. يمكن التحكم في التنافس بين النباتات وبعضها بالتقليم مثلاً وبتوجيه النباتات كتربية النباتات على أسلاك كما في حالة الأصناف الطويلة من البسلة والفاصوليا والطماطم.

تأثير الضوء على النبات:

1. التمثيل الضوئي Photosynthesis: موجات الضوء المرئى هى أكثر الموجات استخداماً في عملية البناء الضوئي لأنها أكثر الموجات قيمة من حيث الطاقة والنباتات لا تستفيد إلا بقدر ضئيل من الطاقة الضوئية وسيقان النبات وفروعة تتجه الى اعلى بحيث تعرض أكبر مسطح من الأوراق للضوء الكافي لاحتياجات النبات لاتمام عملية التمثيل الضوئي لتعادل عملية التنفس والتي تتأكد بها المركبات العضوية مما يقلل من الوزن الجاف للنبات ويأخذ في الهبوط تدريجياً إذا زاد معدل التنفس عن معدل التمثيل الضوئى وكمية الضوء اللازمة للتمثيل الضوئي تتراوح بين 27 - 42 لوكس حتى تعادل فقد ناتجات التمثيل الضوئى فى عملية التنفس وهى شدة الأضاءة التي تحدث عندها نقطة التعويض حيث يتساوى معدل خروج ثاني أكسيد الكربون من التنفس مع معدل استهلاك ثاني اكسيد الكربون في البناء الضوئي أو بمعنى أخر يتساوى معدل البناء الضوئي مع معدل الهدم (التنفس).

2. علاقة الضوء بالنتح يؤثر الضوء الشديد على سرعة معدل النتح بالنبات حيث ينبه الخلايا الحارسة فتنفتح كما يزيد من نفاذية الجدار الخلوى وتظل الثغور مفتوحة طول النهار وتقفل بالليل ونجد أن هناك أوقات يزيد بها معدل النتح عن باقى اليوم حيث يكون أقصى ما يمكن قبل شروق النهار بينما يكون أبطئ ما يمكن عند غروب الشمس وهذا يرجع إلى كمية المياء المتوفرة بالأنسجة.

3. أثر الضوء على الصفات المورفولوحية والفسيولوجية للنبات:

أولاً الصفات المورفولوجية:

أ. سيقان النبات تكون سميكة والخشب والأنسجة الدعامية تكون جيدة التكوين والسلاميات تكون قصيرة.

ب. زيادة عدد الأفرع الثمرية الخصبة على النبات.

ج. صغر وسمك نصل الورقة وما يترتب على ذلك من فتحات الثغور والعروق.

د. جدر الخلايا تكون سميكة وكذلك طبقة الكيوتكل.

هـ. يزداد الوزن الطازج والجاف لكل من الجذور والساق.

ر. زيادة النسبة بين الجذور إلى الساق حيث تكون الجذور أطول وأكثر عدداً.

ز. النسبة بين مجموع مساحات الأوراق إلى النسيج الوعائي للساق الذي يحملها تكون أقل.

س. سطح الورقة عندما تكون غير مسطحة وتكون موجهه بحيث لا تحمل زاوية فاتحة مع اتجاه سقوط الأشعة كما أن نسبة السطح الداخلي إلى الخارجي في الورقة أكبر.

ثانيا الصفات الفسيولوجية:

أ. إنخفاض محتوى الكلورفيل بالنبات وبالتالي يكون لونها أخضر مصفر.

ب. إنخفاض معدل التمثيل الضوئي إذا ما قورنت بمثيلتها في درجات الحرارة المتوسطة.

ج. معدل التنفس يكون عالى.

د. النسبة المئوية للماء على أساس الوزن الجاف تكون أقل كما أن معدل النتح يكون أسرع.

هـ. ارتفاع المحتوى من الأملاح وكذلك الضغط الأسموزى مع انخفاض درجة حموضة العصير الخلوي.

س. قدرتها العالية على الأزهار والاثمار بالاضافة إلى الازهار المبكرة.

4. علاقة الضوء بالانبات: للضوء تأثير على بذور النباتات فتصبح حساسة خاصة عند ابتلالها ففي بعض الحالات يتحسن الانبات وفى حالات أخرى يتأخر وتقسم النباتات من حيث الضوء على الانبات إلى:

أ. نباتات يتطلب الانبات فيها وجود ضوء مثل الدخن.

ب. نباتات يتحسن الاثبات فيها بالضوء مثل كثير من النجيليات.

ج. نباتات تمتنع عن الانبات في وجود الضوء مثل كثير من نباتات العائلة الزنبقية.

د. نباتات يتأخر فيها الانبات عند وجود ضوء مثل الطماطم والتأثير الفسيولوجي للضوء على الانبات غير معروف تماماً حيث يتداخل معه عدة عوامل بيئية أخرى ويتضح ذلك عند قلة أهمية الاحتياجات الضوئية لكثير من أنواع البذور عند تخزينها.

5. تأثير الضوء على التكاثر: عدم كفاية الضوء تعوق الازهار ونقص الضوء يساعد على النمو الخضرى على حساب الازهار والاثمار ولذلك فالمحاصيل التي تزرع من أجل أجزائها الخضرية يناسبها الأجواء الكثيرة السحب حيث يقل فيها الضوء، بينما المحاصيل التي تزرع من أجل ثمارها وحبوبها فيناسبها الاجواء ذات الشمس الساطعة، ويتوقف تفتح الأوراق والبراعم الزهرية في أشجار الفاكهة على الضوء ففى أشجار الفاكهة يمنع التقليم غير الكافي من تكوين البراعم الثمرية لأنها تمنع الإضاءة وبناء علية تكوين المواد الغذائية اللازمة لتكوين البراعم.

فترة الإضاءة:

تختلف استجابة النباتات لطول أو قصر الفترة الضوئية ولطول الفترة الضوئية أهمية واضحة ليست بالنسبة لكثير من النباتات وتقسم النباتات تبعاً لاحتياجاتها من الفترة الضوئية إلى:

1. نباتات النهار القصير Short - day plants: وهي النباتات التي تنمو طبيعياً عندما تكون فترة الاضاءه أقل من النهاية القصوى الحرجة بحيث تستجيب النباتات لليوم القصير فتزهر وتنتج بذورها وحتى لو كان النبات لم يأخذ الوقت الكافى لأتمام مرحلة النمو الخضري لوصوله لمرحلة الأزهار كما أنها لو زرعت مبكراً فأنها تحتاج وقت أطول مما تحتاج إليه للإزهار في طورها الخضري بحيث تعطى عدد أكبر من الفروع مثل نباتات الذرة الشامية والذرة الرفيعة وأغلب أصناف فول الصويا وبعض أصناف الدخان وتعتبر المحاصيل التي تنضح في الصيف والخريف من نباتات النهار القصير.

2. نباتات النهار الطويل Long - day plants: وهي النباتات التي تنمو طبيعيا عندما تكون فترة الاضاءة أكبر من النهاية الصغرى الحرجة بحيث أنها تزهر وتعطى ثماراً أو حبوباً في الأيام الطويلة نسبياً مثل محاصيل الحبوب الصغيرة والكتان وأنواع البرسيم وبنجر السكر.

3. نباتات محايدة: ونباتات هذه المجموعة غير حساسة لفترة الاضاءه.

تأثير الفترة الضوئية على توزيع المحاصيل:

تتراوح طول الفترة الضوئية من 12 ساعة في اليوم عند خط الاستواء إلى 24 ساعة لمدة ستة أشهر في المناطق القطبية الشمالية والجنوبية بحيث تزداد عدد الساعات الضوئية كلما انتقلنا من خط عرض إلى أخر في اتجاه القطبين وهذا ما يوضحه الجدول التالي.

جدول يبين علاقة خطوط العرض وأقصر طول نهار

ويتضح من هذا الجدول أن النباتات الاستوائية تتعرض للضوء لفترة 12 ساعة وتزداد هذه الفترة حتى تصل إلى ذروتها فى المناطق القطبية ولكن تصاحب هذه المدة الطويلة من فترة الاضاءة إلى انخفاض في شدة الإضاءة مما يؤدى إلى الاسراع في نضج بعض المحاصيل واتمام دورة حياتها في مدة أقصر ومجموع أقل من درجات الحرارة خلال موسم النمو. ويمكن الاستفادة مما سبق في تعويض بعض النباتات النقص في درجة الحرارة من خلال توفير الضوء وعند نقل نباتات الاقليم الاستوائي إلى المناطق الجنوبية تقصر مدة النمو الخضري حوالي شهرين يتضح مما سبق تأثير الضوء على التوزيع الطبيعي للمحاصيل على مستوى العالم حيث يؤدى إلى سيادة محصول معين فى منطقة ما أو الحد من انتشاره في منطقة أخرى.

ميكانيكية فترة الاضاءة:

أوراق النباتات هى العضو المستقبل لتنبيه الضوء علاوة على وجود مادة ذات طبيعة مساعدة Catalytic حيث يحتمل أن تكون هذه المادة هرمون يتكون في الأوراق وينتقل إلى المرستيمات وغيرها من أجزاء النبات.

الأهمية العلمية لدراسة الضوء:

تزرع المحاصيل بهدف الحصول على المجموع الخضري مثل البرسيم المصرى وقصب السكر أو للحصول على ثمارها وبذورها مثل الفول البلدى والأرز والقمح. يهتم المزارع بالحصول على أكبر محصول من وحدة المساحة حيث يتم ذلك من خلال معرفة الاحتياجات الضوئية لكل محصول حيث ينتج الجزء الاقتصادى فى الوقت المناسب. وتزرع بعض المحاصيل في الموسم الشتوى مثل القمح والشعير والعدس والحلبة والبعض الآخر في الموسم الصيفي مثل الأرز والذرة الشامية وفول الصويا والسمسم ويرجع سبب عدم تأقلم بعض النباتات هو عدم توافق فترة الاضاءة وهذا ما يوضح تحول نبات البنجر من نبات ثنائى الحول في المناطق المعتدلة وسلوكه سلوك النباتات الحولية فى المناطق القطبية وتعمل هذه الدراسات على إمكانية معرفة المناطق التي يحتمل أن تنجح بها الأصناف الجديدة من خلال تعريضها لفترات ضوئية متباينة مما يفيد مربي النباتات في معرفة استجابة الأصناف المختلفة للضوء والتحكم فى ميعاد أزهار الأصناف المختلفة سويا مما يمكنه من اجراء تهجيناته كي يمكنة تعديله لظروف الاضاءة الصناعية للحصول على عدة أجيال من التهجينات أثناء العام الواحد مما يوفر الجهد والوقت.