Эффективность фотосинтеза с точки зрения производства био­массы можно оценить через долю общей солнечной радиации, попадающей на определенную площадь за определенное время, которая запасается в органических веществах урожая. Продук­тивность системы можно оценить по количеству органического сухого вещества, получаемого с единицы площади за год, и вы­разить в единицах массы (кг) или энергии (мДж) продукции, полученной с гектара за год.

Выход биомассы зависит, таким образом, от площади кол­лектора солнечной энергии (листьев), функционирующих в те­чение года, и числа дней в году с такими условиями освещенно­сти, когда возможен фотосинтез с максимальной скоростью, что определяет эффективность всего процесса. Результаты опреде­ления доли солнечной радиации (в %), доступной растениям (фотосинтетически активной радиации, ФАР), и знание основ­ных фотохимических и биохимических процессов и их термоди­намической эффективности позволяют рассчитать вероятные предельные скорости образования органических веществ в пере­счете на углеводы.

Растения используют свет с длиной волны от 400 до 700 нм, т. е. на долю ФАР приходится 50% всего солнечного света. Это соответствует интенсивности на поверхности Земли 800— 1000 Вт/м² за обычный солнечный день (в среднем). Усреднен­ная максимальная эффективность превращения энергии при фотосинтезе на практике составляет 5—6%. Эти оценки полу­чены на основе изучения процесса связывания СОг, а также со­путствующих физиологических и физических потерь. Одному мо­лю связанного СОг в форме углевода соответствует энергия 0,47 МДж, а энергия моля квантов красного света с длиной волны 680 нм (наиболее бедный энергией свет, используемый в фотосинтезе) составляет 0,176 МДж. Таким образом, минималь­ное число молей квантов красного света, необходимое для свя­зывания 1 моля CO₂, составляет 0,47:0,176 = 2,7. Однако, по­скольку перенос четырех электронов от воды для фиксации од­ной молекулы CO₂ требует не менее восьми квантов света, тео­ретическая эффективность связывания равна 2,7:8 = 33%. Эти расчеты сделаны для красного света; ясно, что для белого све­та эта величина будет соответственно ниже. В наилучших поле­вых условиях эффективность фиксации в растениях достигает 3%, однако это возможно лишь в короткие периоды роста и, ес­ли пересчитать ее на весь год, то она будет где-то между 1 и 3%.

На практике в среднем за год эффективность фотосинтети­ческого преобразования энергии в зонах с умеренным климатом составляет обычно 0,5—1,3%, а для субтропических культур — 0,5—2,5%. Выход продукта, который можно ожидать при оп­ределенном уровне интенсивности солнечного света и разной эффективности фотосинтеза, легко оценить из графиков, приве­денных на рис. 2.4.

                                                                                Эффективность фотосинтеза

Рис. 2.4. Ожидаемая (хорошая) урожайность однолетнего растения как функ­ция годичной солнечной энергии при разной эффективности фотосинтеза (Hall, 1982).