CC BY
72
РАЗДЕЛ II ЭНЕРГОЭКОЛОГИЯ СВЕТОКУЛЬТУРЫ
УДК 628.979:577.344
DOI 10.24411/0131-5226-2020-10224
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ СВЕТОВОЙ СРЕДЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫРАЩИВАНИЯ РАССАДЫ ТОМАТА
А.Е. Маркова, канд.с.-х. наук; А.П. Мишанов;
Е.Н. Ракутько;
С.А. Ракутько, д-р техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
В статье рассмотрены результаты исследований выращивания рассады томата Благовест F1 при различных уровнях фотонной облученности (Е): 240, 170 и 100 мкМ-м-2-с-1, и фотопериодах (Т): 12, 16 и 22 ч под облучателями с различным спектральным составом. Выращивание проводили в условиях полного отсутствия естественного облучения. В качестве источников облучения применяли люминесцентные лампы марки OSRAM L58W/840 (Cool White) и OSRAM L58W/77 Fluora (облучатель №1) с процентным соотношением цветов в поддиапазонах спектра: синий (Кв), зеленый(КЪ), красный (Ке) Кв'.Ко.Кп =31:35:34, а также облучатель с добавлением синих светодиодных излучателей марки ARPL-Star-3W (BLUE) с длиной волны излучения 440 нм (облучатель №2) с Кв:Ко:Ке=39:31:30. Выращивание растений проводили на лабораторной многоярусной культивационной установке, позволяющей одновременно создавать различные уровни облученности. Наиболее эффективное использование фотонной энергии наблюдали в вариантах выращивания при Е=170 мкМ-м"2-с-1 и Т=12 ч для обоих облучателей. При этих параметрах растения соответствовали требованиям, предъявляемым к рассаде на 39-й день после появления всходов. Фотонная энергоемкость создания сухого вещества для облучателя №1 варьировалась в пределах 1,35 - 1,79 Мт"1 при изменении Е от 100 до 240 мкМ-м-2-с-1. Для облучателя №2 эти значения находились в диапазоне 1,52 - 1,88 Мт-1. Увеличение фотопериода до 22 ч привело к резкому снижению выхода сухого вещества у растений, выращенных под обоими облучателями, что привело к увеличению фотонной энергоемкости до 16,6 Мт-1 для облучателя №1 и до 23,3 Мт-1 для облучателя №2. Увеличение доли в синем поддиапазоне спектра до 39% относительно спектрального соотношения Кв:Ко.Ке=31:35:34 не вызвало заметных изменений в росте и развитии растений, что свидетельствует о возможности применения данных соотношений в спектральном составе источников облучения при выращивании рассады томата.
Ключевые слова: светокультура; энергоэкология; спектр, фотопериод, облученность, фотосинтез, биохимический состав.
Для цитирования: Маркова А.Е., Мишанов А.П., Ракутько Е.Н., Ракутько С.А. Оценка влияния факторов световой среды на эффективность выращивания рассады томата // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2020. №
1(102) С. 23-34.
ASSESSMENT OF LIGHT ENVIRONMENT FACTOR EFFECT ON THE GROWING EFFICIENCY OF TOMATO TRANSPLANTS
A.E. Markova, Cand. Sc (Agriculture); A.P. Mishanov;
E.N. Rakutko;
S.A. Rakutko, DSc (Engineering)
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The article discusses the study results of growing tomato plants of Blagovest F1 cultivar under different levels of photon irradiation of 240, 170 and 100 цМ m-2 s-1, different photoperiods of 12, 16, and 22 hours, and irradiators with different spectral composition. The plants were grown in the complete absence of natural irradiation. Irradiator 1 consisted of fluorescent lamps OSRAM L58W/840 (Cool White) and OSRAM L58W/77 Fluora with the ratio of spectral bands (blue (Kb), green (KG), red (Kr)) Kb: Kg: Kr = 31:35:34. Irradiator 2 had the same lamps and additional blue LEDs of ARPL-Star-3W (BLUE) type with a radiation wavelength of 440 nm; the ratio of spectral bands was Kb: Kg: Kr = 39:31:30. The plants were grown in a laboratory-scale multi-tiered installation that allowed to create simultaneously different levels of irradiation. The growing variants at the photon irradiation of 170 цМ m-2 s-1 and photoperiod of 12 h demonstrated the most efficient photon energy use for both irradiators - the plants complied with the requirements for the seedlings of the 39th day after emergence. The photon energy required to create the dry matter under Irradiator 1 varied from 1.35 to 1.79 М-g-1, with the photon irradiation levels being from 100 to 240 цМ m-2 s-1. Under Irradiator 2 these values were in the range of 1.52 - 1.88 Mg-1. An increase in the photoperiod to 22 h led to a sharp decrease in the dry matter yield in plants grown under both irradiators. This, in turn, resulted in higher photon energy requirement up to 16.6 Mg-1 for Irradiator 1 and to 23.3 M-g-1 for Irradiator 2. The 39% higher share of the blue band against the spectral ratio Kb: Kg: Kr = 31:35:34 did not cause the noticeable changes in the growth and development of plants. This indicates the possibility of using this ratio in the spectral composition of radiation sources for growing the tomato transplants.
Keywords: artificial plant lighting, energy and ecology compatibility, spectrum, photoperiod, irradiance, photosynthesis, biochemical composition.
For citation: Markova A.E., Mishanov A.P., Rakutko E.N., Rakutko S.A. Assessment of light environment factor effect on growing efficiency of tomato transplants. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2020. No. 1(102). 23-34 (In Russian)
Введение
Факторы световой среды оказывают большое влияние на основные процессы жизнедеятельности растений. В естественных условиях отсутствует возможность целенаправленного формирования световой среды с заданными параметрами. Первые успешные опыты выращивания растений только при искусственном освещении относятся к началу XX в. В дальнейшем это направление исследований, как совокупность научных положений и практических приемов применения оптического излучения (ОИ) при выращивании растений, было названо "светокультурой". В светокультуре, в отличие от естественных условий, световой режим может быть оптимизирован путем
применения соответствующих технических решений, направленных на модификацию основных параметров световой среды: интенсивности, спектрального состава, продолжительности облучения с учетом онтогенетических особенностей отдельных видов растений. В настоящее время актуальную проблему представляет создание экологичных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания и продуктов лечебного назначения. Светокультура является важнейшим способом получения таких продуктов в неблагоприятных климатических условиях. В современной интенсивной светокультуре оптимизация световой среды необходима для достижения технологической и
экономической эффективности производства при соблюдении требований к экологичности продукции. Развитием такого подхода является энергоэкология светокультуры как комплексное научное направление, рассматривающее потоки субстанции в искусственной биоэнергетической системе культивационного сооружения [1].
В последнее время наблюдается взрывной рост количества публикаций отечественных и зарубежных ученых в области светокультуры. Изучено влияние освещения на фотосинтез, рост, морфогенез, цветение, урожай и качество различных видов растений. Свет является необходимым условием жизнедеятельности растительных организмов, обеспечивая протекание синтетических, регуляторных,
деструктивных, репарационных, адаптивных и другие процессов. ОИ контролирует важнейшие функции клеток, включая экспрессию генов, которые индуцируют и регулируют фотоморфогенез растений. Даже единичные кванты ОИ, поглощаемые растительным организмом, запускают быстрые и хорошо заметные превращения морфофизиологического состояния растений [2].
Энергия потока ОИ является основой обеспечения процессов фотосинтеза и получения полезной продукции в светокультуре и оказывает большое влияние на рост, развитие и физиологию растений. Слишком длинный или короткий фотопериод, недостаточная интенсивность света или его неудовлетворительный спектральный состав, действуя на растение по отдельности или в совокупности, оказывают на него отрицательное влияние.
Являясь движущей силой важнейшего физиологического процесса - фотосинтеза, свет оказывает также значительное регуляторное и формообразовательное влияние на растение. Многочисленные исследования показали, что путем изменения
спектрального состава ОИ, можно регулировать обмен веществ, рост и развитие растений.
Спектральный состав света
модифицирует гормональный статус растений, оказывает влияние на мезоструктуру листа и структуру ценоза, рост и фотосинтетическую активность растений. Так, синий свет тормозит рост стебля и побегов, поскольку способствует
образованию ингибиторов роста, активирует синтез органических кислот, аминокислот и белков. Зеленый и желтый свет активирует рост осевых органов, ускоряет рост междоузлий и листовой поверхности, регулирует транскрипцию пластидных генов и стимулирует накопление
фотосинтетических пигментов. Красный свет способствует интенсивному росту листьев и осевых органов [3]. Биологическое действие на растения оказывает также ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. УФ-радиация потенциально опасна для растений, так как может вызывать деструкцию клеточных структур, подавлять рост и снижать продуктивность растений. Инфракрасное излучение оказывает морфогенетические и термические эффекты. Эффекты действия отдельных спектральных диапазонов зависят от их соотношения с другими частями спектра [4].
Большое влияние на рост растений оказывает длительность фотопериода в суточном цикле, реализуемая различными способами: расширением светового периода при помощи досветки низкой интенсивностью света, удлинение фотопериода при выдерживании постоянного суточного интеграла света за счет низкой освещенности, кратковременное прерывание светом ночного периода суток. Обнаружено и негативное воздействие круглосуточного освещения, приводящее к фотоповреждениям листьев [5].
При исследовании адаптации к изменению условий освещения происходят структурные и функциональные перестройки, направленные на поддержание стабильности развития растения. Механизмы световой адаптации растений достаточно сложны и не до конца раскрыты.
Внедрение в практику светокультуры современных светодиодных источников, позволяющих реализовывать любую комбинацию параметров световой среды, должно учитывать известные к настоящему времени эффекты воздействия ОИ на растения.
Результаты современных экспериментальных исследований по светокультуре, увязанные с классическими положениями светофизиологии растений, позволяют лучше понять особенности совокупного и раздельного воздействия параметров световой среды на растения и могут быть использованы при программированном выращивании растений в культивационных сооружениях.
Создание новых энергоэффективных источников света для выращивания растений в светокультуре является одной из самых важных задач в условиях строительства новейших тепличных комплексов, развития сити-фермерства и поиске путей выращивании растений при полном отсутствии естественного освещения [6]. Особенно данная проблема актуальна при выращивании растений в полностью искусственных условиях, где недостаток или неправильное соотношение цветов в поддиапазонах спектра облучателей сразу сказывается на росте и развитии растений [7]. Необходимость количественной оценки и учета потенциально пригодной для процесса фотосинтеза энергии излучения источника света вызвана тем, что уровни облученности обусловлены в большинстве случаев требуемой скоростью продуктивного фотосинтеза. Этот процесс имеет низкий
к.п.д. и обладает высокой энергоемкостью. Здесь необходим учет и оптимизация потоков субстанции на всех этапах технологического процесса облучения [8].
При оценке прямого преобразования ОИ необходимо учитывать его спектральный состав, при этом биологический эффект пропорционален не общему количеству эффективно поглощенной энергии ОИ, а количеству эффективно поглощенных фотонов. Спектральный состав ОИ, уровень облученности и фотопериод оказывает сильное влияние на процессы, происходящие в растении, а соответственно, на его рост и развитие в целом [9, 10, 11].
Одним из условий получения здоровой, выровненной рассады овощных культур с большим количеством листьев на одном растении является использование
растениями большого количества фотонов света. В отличие от взрослых растений, главным критерием для рассады является накопление сухого вещества одним растением и достаточная площадь листовой поверхности. При различных уровнях облученности спектральный состав может оказывать различное действие на процессы, происходящие в растении. Например, для условий интенсивной светокультуры, где используются уровни облученности 100 - 200 Вт/м2 ФАР, целесообразно использовать источники света с равноэнергетическим спектром ФАР [12, 13].
Изучение искусственного облучения при выращивании рассады томата в условиях закрытых помещений (культивационных сооружений) в настоящее время находится на более низком уровне, по сравнению с исследованиями с применением
досвечивания дополнительно к
естественному облучению. Технологические проблемы выращивания рассады при искусственном облучении связаны с необходимостью представления о том, как
работает растение в необычных для него условиях.
Целью исследований является получение данных по влиянию факторов ОИ (спектр, доза) на рост, развитие и качество растений томата в рассадном периоде.
Задачей исследования является определение продуктивности фотосинтеза, определяющего энергоэффективность и энергоэкологичность светокультуры томата.
Данные результаты исследований позволят определить условия получения высококачественной рассады томата при различиях в качественных и количественных составляющих энергии потока ОИ в условиях закрытого помещения. Материалы и методы
Исследование проводили с марта по июль 2019 года на лабораторной культивационной многоярусной установке, расположенной в помещении размером 8600х5600х3700 мм, оснащенного соответствующим
оборудованием для обеспечения заданных агротехническими требованиями параметров микроклимата при выращивании рассады томата. Выращивание растений проводили в условиях полного отсутствия естественного облучения. Подвижность воздуха в зоне размещения растений в диапазоне 0,3-0,5 м-с-1 обеспечивали при помощи вентилятора, нагнетающего воздух из помещения в вентиляционный канал с дросселирумыми отверстиями, расположенного вдоль лотков с растениями. Температуру воздуха 22±2 °С обеспечивали при помощи сплит-системы кондиционирования воздуха мощностью 7 кВт. Относительную влажность воздуха в диапазоне 60 - 70% поддерживали при помощи испарителя воды мощностью 2 кВт. Оборудование по созданию условий микроклимата работало в автоматическом режиме.
Лабораторная культивационная
многоярусная установка состоит из двух облучателей с габаритными размерами
1900х950 и двух подвесных рам с размещенными на них лотками (по три на каждой) с габаритными размерами 1050*150*150 мм, в каждом из которых размещены по 6 пластиковых горшочков размером 110х 110х 110 мм. Система подвеса лотков подразумевает возможность их перемещения как в продольном, так и поперечном направлениях. Помимо этого предусмотрена возможность изменения расстояния между верхушками растений и облучателем в диапазоне от 0 до 1500 мм для обеспечения заданного уровня облученности по мере роста растений.
Облучатель №1 состоит из сочетания люминесцентных ламп длиной 1500 мм марки OSRAM L58W/840 (Cool White) в количестве 8 шт. и OSRAM L58W/77 Fluora в количестве 8 шт. Облучатель №2 аналогичен облучателю №1, за исключением наличия 40 синих светодиодных излучателей (СД) марки ARPL-Star-3W (BLUE) с длиной волны излучения 440 нм и полушириной пика 50 нм, размещенных на четырех алюминиевых радиаторах размером 1000*30*37 мм, позволяющие обеспечить увеличение доли в синем поддиапазоне спектра ФАР до 39%. Процентное соотношение цветов в поддиапазонах спектра ФАР для облучателя №1 составляет: Kb:Kg:Kr=31:35:34 при электрической мощности 930 Вт, для облучателя №2: Kb:Kg:Kr=39:31:30 при электрической мощности 970 Вт. Установка изготовлена на базе лаборатории ИАЭП. Общий вид установки для проведения эксперимента представлен на рис. 1.
Рис. 1. Лабораторная культивационная многоярусная установка
Общий вид спектров источников облучения представлен на рис. 2 и 3.
Рис. 2. Спектральная характеристика светового потока облучателя №1
Уровни облученности в
Рис. 3. Спектральная характеристика светового потока облучателя №2
При выращивании рассады в эксперименте облученность поддерживали на трех уровнях: 240; 170 и 100 мкМ-м"2-с-1 при фотопериодах 12; 16 и 22 часа. Значения уровней облученности, выраженные в различных единицах измерения в зависимости от высоты подвеса представлены в табл. 1.
Таблица 1
;имости от высоты подвеса
Вариант облучателя Уровень облученности, мкМ-м-2 с-1 Уровень облученности, Втм-2 Уровень освещенности, кЛк Высота подвеса, см
Облучатель № 1 100 21,8 8,7 82,0
170 37,1 13,3 60,5
240 52,4 21,1 30,5
Облучатель №2 100 22,2 8,1 84,0
170 37,8 14,4 52,5
240 53,4 18,9 30,2
В качестве исследуемой культуры использовали рассаду томата сорта Благовест Fl, выращивание которой проводили на торфяном субстрате, представляющим собой смесь грунта для рассады от ООО «Агро Торф ЛТД» (Псковская область) и питательного грунта «Живая земля» от ООО «Норд Палп» (Карелия) в соотношении 1:2.
Агрохимическая характеристика
приготовленного торфогрунта на начало опытов по средним значениям, мг/кг: N(№+^3) - 380,6; Р - 224,0; К - 214,0; Са
- 108,6; Mg - 69,0; S - 92,0; 0,002; рНн2О
- 6,0; влажность грунта 60%.
В период роста и развития растений томата проводили подкормки растворами:
0,3% K2SO4; 0,3% MgSO4 и 0,02% Н3ВО3 (на основании результатов агрохимического анализа грунта).
Достоверность различий в вариантах опыта при обработке данных эксперимента оценивали методами математической статистики (p<0.05) с использованием пакетов программ Excel 2003 и Statistica 6.0. Результаты и обсуждение
Проведенные исследования показали, что принятые для исследования варианты опыта с увеличенной долей в синем поддиапазоне спектра, различных уровнях облученности и фотопериоде оказывают существенное влияние на развитие растений рассады томата Благовест F1 (табл. 2).
Таблица 2
Влияние уровней облученности на рост и развитие растений рассады томата _при различных фотопериодах_
Вариант облучателя Й 1 щ щ « и и ^ О СГ 2 Л ^ и ^ « Е ю „ о - Сырая масса растения, г/раст. Количество листьев, штук/раст. Диаметр подсемядольного колена, мм Содержание хлорофилла, отн.ед.
Фотопериод, час
12 16 22 12 16 22 12 16 22 12 16 22
№1 240 62,96 62,25 18,67 12,3 12,0 12,8 8,11 7,38 * 40,59 54,37 4,95
170 67,15 62,39 17,14 13,0 12,2 12,1 8,02 6,94 * 28,94 42,58 4,61
100 57,11 45,28 10,88 13,0 11,4 11,0 7,04 6,43 * 21,42 22,41 4,06
№2 240 62,88 62,62 17,59 13,0 11,6 12,5 7,40 7,47 * 42,37 46,79 5,01
170 61,64 60,41 15,26 12,3 11,8 11,8 8,13 6,93 * 30,37 41,15 4,86
100 50,81 44,32 9,06 12,0 12,0 10,3 7,08 6,46 * 18,30 21,22 3,85
Примечание: * - растения в данном варианте с очень слабым стеблем. Диаметр подсемядольного колена менее 4 мм.
На фото уровень облученности увеличивается слева-направо от 100 до 240 мкМ-м"2-с-1
Биометрические показатели качества
рассады томата при Т=16ч и Е= 170 мкМ-м-2 -1
2-с 1 несколько ниже, однако, вегетативные части были достаточно сильными для обеспечения здорового роста растений в течение сезона.
Коэффициенты варьирования по сырой массе растения были незначительные по всем вариантам опытов и находились в пределах 1,71...5,16% независимо от уровня облученности и фотопериода (Т=12 и 16 ч). При Т=22 ч коэффициенты варьирования были выше и составили от 3,12 до 9,05%
Следует отметить, что при Т=12 ч содержание хлорофилла в листьях снижалось до 28,94 и 30,37 отн.ед. по сравнению с 42,58 и 41,15 отн.ед. при Т=16 ч при том же Е=170 мкМ-м-2-с-1 различных источников, что связано, вероятно, с усилением расхода ассимилянтов на закладку новых органов (кистей). У оптимально функционирующего растения рост и испарение находятся в балансе и когда энергии излучения для испарения недостаточно, как это бывает ночью или как данном случае на укороченном 12-ти часовом
В результате проведенных исследований отмечали усиление роста и развития растений томата, выращенных под облучателем №1 при Е=170 мкМ-м-2-с-1 и Т=12 ч: масса растения составила 67,15 г, количество листьев на одном растении 13 шт., диаметр подсемядольного колена 8,02 мм. При тех же значениях Е и Т, но при использовании облучателя №2 с увеличенной на 10% долей в области синего поддиапазона спектра, аналогичные показатели для растений были несколько ниже: масса растения 61,64 г; количество листьев 12,3 шт; диаметр подсемядольного колена - 8,13 мм. В качестве наглядного примера представлена общая тенденция развития растений, выращенных под облучателем №1 при Т=16 ч при различных уровнях облученности (рис.
4).
Рис.4. Внешний вид растений в зависимости от уровней облученности
фотопериоде, происходит снижение тургора, устьица закрываются, фотосинтетическая деятельность снижается [14].
В возрасте 39 дней у рассады томата при Т=16 ч была заложена 1-я кисть, при Т=12 ч на растениях отмечали слаборазвитые кисти (от 1 до 3 кистей), следуемые одна за другой.
Причина этого явления, возможно, состояла в недостаточном содержании в
Биохимический состав растений томата
воздухе помещения углекислого газа (0,03% СО2). В условиях защищенного грунта с усиленными биохимическими процессами образующихся фотоассимилянтов хватало только на поддержание жизнеспособности растения [15, 16, 17].
Биохимический состав растений при заданных вариантах опыта представлен в табл.3.
Таблица 3
в рассадном периоде (возраст 39 дней)
Вариант облучателя Уровень облученности, мкМ-м"2-с-1 Выход сухого вещества, г/раст. Выход сырой золы, г/раст. Выход органического вещества, г/раст.
Фотопериод, час
12 16 22 12 16 22 12 16 22
№1 240 9,01 7,89 1,78 1,29 1,20 0,45 7,72 6,69 1,33
170 8,40 6,60 1,47 1,33 1,18 0,37 7,07 5,42 1,20
100 4,97 3,57 0,80 1,08 0,82 0,85 3,88 2,75 0,61
№2 240 8,55 7,22 1,27 1,25 1,15 0,31 7,30 6,07 0,96
170 7,31 6,47 1,38 1,11 1,26 0,34 6,20 5,21 1,03
100 4,40 2,70 0,62 0,93 0,60 0,15 3,47 2,10 0,47
У растений томата на 22-х часовом фотопериоде отмечали слабое развитие, утонченный стебель, мелкие листья, слабый фотосинтез. Отмечали также слабое развитие корней. В результате уменьшалось содержание сухого вещества и зольных элементов.
Для рассады томата в условиях закрытого помещения 22-х часовой фотопериод оказался стрессовым, приравненным к ситуациям с низкими или высокими температурами, с недостаточной или избыточной инсоляцией, с нарушением циркарных ритмов и т.д., приводящих к затуханию метаболизма и прекращению усвоения питательных веществ, а следовательно к остановке роста и развития растения. В таких условиях питание растений необходимыми макро- и микроэлементами мало эффективно. Процесс усвоения и «переработки» элементов питания достаточно энергоемкий, поэтому в условиях
стресса для сохранения жизнеспособности он отключается, необходимые элементы питания не усваиваются [18, 19, 20].
Содержание элементов питания в грунте под растениями томата в конце опыта при Т=22 ч оставалось на уровне содержания их в начале опыта, мг/кг: N (NH4+NOз) -338,5...365,1; Р - 225,8...173,3; К -222,3...201,5; Са - 90; Mg - 56,5 (среднее содержание).
Содержание основных форм элементов питания в грунте под рассадой томата при Т=16 ч снижалась в конце опыта в среднем по вариантам в 1,7.4 раза по сравнению с содержанием в начале опыта. Особенно интенсивное потребление элементов питания отмечали при Т=12 ч. Содержание азота, фосфора, калия, кальция и магния в грунте в конце опыта составило, мг/кг: 31,95; 65,4; 94,82; 60,5; 30,2 соответственно.
Обеспеченность грунта подвижными формами элементов питания приведена в
разделе «Материалы
и
методы М/г: сухое вещество - 1,36; сырая зола - 8,50;
исследований».
Наименьшие затраты энергии ОИ на создание единицы сухого вещества и зольных элементов отмечали в растениях томата на 12-ти часовом фотопериоде при облученности 170 мкМ/м2с под лампами ЛЛ,
органическое вещество - 1,68. Несколько выше были затраты энергии на создание 1 г сухого вещества, сырой золы и органического вещества на 16-ти часовом фотопериоде при облученности 170 мкМ/м2с - 1,92; 10,67 и 2,35 М соответственно (табл. 4).
Таблица 4
Энергетическая эффективность оптического излучения источников света
Вариант облучателя Уровень облученности, мкМ-м"2-с-1 Затраты энергии, М-г-1 сухого вещества Затраты энергии, Мт" 1 сырой золы Затраты энергии, Мт-1 органического вещества
Фотопериод, час
12 16 22 12 16 22 12 16 22
№1 240 1,79 2,73 16,6 12,45 17,8 66,36 2,09 3,22 22,29
170 1,36 1,92 14,3 8,50 10,67 56,76 1,68 2,35 19,09
100 1,35 2,51 15,4 6,19 10,96 64,08 1,73 3,27 20,25
№2 240 1,88 2,98 23,3 12,91 18,52 95,65 2,21 3,56 30,88
170 1,57 1,97 15,2 10,24 10,05 61,41 1,85 2,45 20,39
100 1,52 2,58 19,9 7,09 11,73 82,36 1,95 3,32 26,28
Сравнительно небольшие затраты энергии на создание единицы органических веществ и золы отмечали у растений, выращенных под обоими вариантами облучателей при Е= 170 мкМ-м-2-с-1.
Для всех вариантов опыта при Т=22 ч наблюдалась очень низкая эффективность. Затраты энергии составили от 15,2 до 95,65 М-г-1 химического вещества. Выводы
По результатам проведенных исследований наиболее эффективное использование фотонной энергии наблюдали в вариантах выращивания растений рассады томата Благовест в условиях
искусственного облучения при Е=170 мкМ-м-2-с-1 и Т=12 ч для обоих вариантов облучателей. При этих параметрах рассада соответствовала требованиям,
предъявляемым к рассаде на 39-й день после появления всходов. Фотонная энергоемкость
создания сухого вещества для облучателя №1 варьируется в пределах 1,35 - 1,79 М-г-1 при изменении уровня облученности от 100 до 240 мкМ-м-2-с-1, для облучателя №2 эти значения находятся в диапазоне 1,52 - 1,88 М-г-1. Увеличение фотопериода до 22 ч привело к резкому снижению выхода сухого вещества у растений, выращенных под обоими вариантами облучателей, что привело к увеличению фотонной энергоемкости до 16,6 М-г-1 для облучателя №1 и до 23,3 М-г-1 для облучателя №2. Увеличение доли в синем поддиапазоне спектра до 39% относительно спектрального соотношения
Кв:Ко:Кк=31:35:34 не вызвало заметных изменений в росте и развитии растений, что свидетельствует о возможности применения данных соотношений в спектральном составе источников облучения при выращивании рассады томата в искусственных условиях.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ракутько С.А. Концептуальные основы энергоэкологии светокультуры // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. № 6. С. 38-44.
2. Будаговский А.В., Соловых Н.В., Будаговская О.Н., Будаговский И.А. Реакция растительных организмов на воздействие квазимонохроматического света с различными длительностью, интенсивностью и длиной волны // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. № 4 С. 345-350.
3. Nanya, K., Ishigami Y., Hikosaka S., Goto E. Effects of blue and red light on stem elongation and flowering of tomato seedlings. Acta Hort. 2012. No. 956. 264-266.
4. Darko E, Heydarizadeh P, Schoefs B, Sabzalian MR. Photosynthesis under artificial light: the shift in primary and secondary metabolism. Philos TransR Soc Lond B BiolSci. 2014. Mar. 3; 369 (1640): 20130243. DOI: 10.1098/rstb.2013.0243
5. Шибаева Т.Г., Титов А.Ф. Влияние круглосуточного освещения на пигментный комплекс растений семейства Solanacea // Труды Карельского научного центра РАН. 2017. № 5. С. 111-118. DOI: 10.17076/eb498.
6. Ракутько С.А., Ракутько Е.Н. Оценка энергоэффективности источников оптического излучения для растений с позиций прикладной теории энергосбережения // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2015. № 39. С. 359-366.
7. Мишанов А.П., Маркова А.Е., Ракутько С.А., Бровцин в.Н., Ракутько Е.Н. Влияние соотношения долей зеленого и красного излучения на биометрические показатели салата // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2015. №87. С.264-272
8. Ракутько С.А., Ракутько Е.Н. Моделирование и численный анализ
энергоэкологичности светокультуры // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2019. Т. 13. № 3. С. 11-17.
9. Протасова Н.Н. Светокультура как способ выявления потенциальной продуктивности растений // Физиология растений. 1987. Т. 34. Вып. 4. С. 812-822.
10. Тихомиров А.А., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я. Спектральный состав света и продуктивность растений. Новосибирск: Наука, 1991, 168с.
11. Ракутько С.А., Ракутько Е.Н., Мишанов А.П., Маркова А.Е. Влияние удлиненного фотопериода на эффективность использования потока излучения растениями томата (Lycopersicum Esculentum mill.) в рассадный период Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. №3 (100). С. 20-33. DOI: 10.24411/0131-52262019-10182.
12. Шуничев С.И., Савинова Н.И. и др. Технология промышленного производства овощей в зимних теплицах. М.: Агропромиздат. 1987. 109 с.
13. Шульгин И.А. Влияние спектрального состава и интенсивности света на развитие растений при разных фотопериодах // Физиология растений. 1965. Т. 12. Вып. 2. С. 289-300.
14. Котлярова Е.В. Физиология растений. Воздух, вода и растение // Мир теплиц. 2008. №6. С. 33.
15. Ващенко С.Ф., Иорданова М. Выращивание томата в теплицах // Промышленное производства овощей в теплицах. М.: «Колос»; София: Земиздат. 1977, С. 93 - 95.
16. Сиротинкина Т.Н. Физиология растений // Мир теплиц. 2005, №5, С. 37-38.
17. Циденданбаев А.Д. Физиология растений. Как это работает // Мир теплиц. 2009, №3, С. 16-17.
18. Молчанов А.Г., Самойленко В.В. Энергосберегающее оптическое облучение промышленных теплиц. Монография. Ставрополь: АГРУС. 2013. 120 с.
19. Ракутько С.А., Мишанов А.П., Маркова А.Е., Ракутько Е.Н. Оценка эффективности светодиодного облучателя «Опталюкс-СПЭС-Агро» для светокультуры // Технологии и технические средства
механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016, № 88, С. 68-78.
20. Ракутько С.А., Мишанов А.П., Маркова А.Е., Ракутько Е.Н. Исследование различий в качестве рассады, выращенных под излучением люминесцентных ламп и светодиодных источников // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015, № 12-1, С. 9 - 13. URL: https://applied-research.ru/ru/article/ view?id=7805
REFERENSES
1. Rakutko S.A. Kontseptual'nye osnovy energoekologii svetokul'tury [Conceptual framework of energy and ecology of indoor plant lighting]. Sel'skokhozyaistvennye mashiny i tekhnologii. 2018. vol. 12. No. 6. 38-44 (In Russian)
2. Budagovskii A.V., Solovykh N.V., Budagovskaya O.N., Budagovskii I.A. Reaktsiya rastitel'nykh organizmov na vozdeistvie kvazimonokhromaticheskogo sveta s razlichnymi dlitel'nost'yu, intensivnost'yu i dlinoi volny [Response of vegetable organisms to quasi-monochromatic light of different duration, intensity and wavelength]. Kvantovaya elektronika. 2015. Vol. 45. No. 4. 345-350. (In Russian)
3. Nanya, K., Ishigami Y., Hikosaka S., Goto E. Effects of blue and red light on stem elongation and flowering of tomato seedlings. Acta Hort. 2012. No. 956. 264-266.
4. Darko E, Heydarizadeh P, Schoefs B, Sabzalian MR. Photosynthesis under artificial light: the shift in primary and secondary metabolism. Philos Trans R Soc LondB Biol Sci. 2014. Mar. 3; 369 (1640): 20130243. doi: 10.1098/rstb.2013.0243
5. Shibaeva T.G., Titov A.F. Vliyanie kruglosutochnogo osveshcheniya na pigmentnyi kompleks rastenii semeistva Solanacea [Effect of continuous light on photosynthetic pigments in
Solonacea species]. Trudy Karel'skogo nauchnogo tsentra RAN. 2017. No. 5. 111-118. DOI: 10.17076/eb498. (In Russian)
6. Rakutko S.A., Rakutko E.N. Otsenka energoeffektivnosti istochnikov opticheskogo izlucheniya dlya rastenii s pozitsii prikladnoi teorii energosberezheniya [The evaluation of energy efficiency of light sources for plants according to applied theory of power saving]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015. No. 39. 359-366. (In Russian)
7. Mishanov A.P., Markova A.E., Rakut'ko S.A., Brovtsin v.N., Rakut'ko E.N. Vliyanie sootnosheniya dolei zelenogo i krasnogo izlucheniya na biometricheskie pokazateli salata [Effect of green-red emissions ratio on lettuce biometrics]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2015. No. 87: 264-272 (In Russian)
8. Rakutko S.A., Rakutko E.N. Modelirovanie i chislennyi analiz energoekologichnosti svetokul'tury [Simulation and numerical analysis of energy and ecological compatibility of indoor plant lighting]. Sel'skokhozyaistvennye mashiny i tekhnologii. 2019. vol. 13. No. 3. 11-17. (In Russian)
9. Protasova N.N. Svetokul'tura kak sposob vyyavleniya potentsial'noi produktivnosti
rastenii [Artificial plant lighting as a way to identify the potential plant productivity]. Fiziologiya rastenii. 1987. Vol.34. No. 4. 812822. (In Russian)
10. Tikhomirov A.A., Lisovskii G.M., Sid'ko F.Ya. Spektral'nyi sostav sveta i produktivnost' rastenii [Spectral composition of light and plant productivity]. Novosibirsk: Nauka, 1991. 168. (In Russian)
11. Rakutko S.A., Rakutko E.N., Mishanov A.P., Markova A.E. Vliyanie udlinennogo fotoperioda na effektivnost' ispol'zovaniya potoka izlucheniya rasteniyami tomata (Lycopersicum Esculentum mill.) v rassadnyi period [Effect of extended photoperiod on efficiency of light use by tomato plants (Lycopersicum Esculentum Mill) during the propagating stage]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. No. 3 (100). 20-33. DOI: 10.24411/0131 -5226-2019-10182. (In Russian)
12. Shunichev S.I., Savinova N.I. et al. Tekhnologiya promyshlennogo proizvodstva ovoshchei v zimnikh teplitsakh [Technology for the industrial production of vegetables in winter greenhouses]. Moscow: Agropromizdat. 1987. 109. (In Russian)
13. Shulgin I.A. Vliyanie spektral'nogo sostava i intensivnosti sveta na razvitie rastenii pri raznykh fotoperiodakh [The influence of spectral composition and light intensity on plants development under different photoperiods]. Fiziologiya rastenii. 1965. Vol. 12. No. 2. 289300. (In Russian)
14. Kotlyarova E.V. Fiziologiya rastenii. Vozdukh, voda i rastenie [Plant physiology. Air, water and plant]. Mir teplits. 2008. No. 6. 33. (In Russian)
15. Vashchenko S.F., Iordanova M. Vyrashchivanie tomata v teplitsakh [Growing
tomatoes in greenhouses]. Promyshlennoe proizvodstva ovoshchei v teplitsakh [Idustrial-scale production of vegetables in greenhouses]. Moscow: Kolos; Sofiya: Zemizdat. 1977. 93 -95. (In Russian)
16. Sirotinkina T.N. Fiziologiya rastenii [Plant Physiology]. Mir teplits. 2005. No. 5: 37-38. (In Russian)
17. Tsidendanbaev A.D, Fiziologiya rastenii. Kak eto rabotaet [Plant Physiology. How it works]. Mir teplits. 2009. No. 3. 16-17. (In Russian)
18. Molchanov A.G., Samoilenko V.V. Energosberegayushchee opticheskoe obluchenie promyshlennykh teplits. Monografiya [Energy-saving optical irradiation of industrial greenhouses. Monograph]. Stavropol: AGRUS. 2013. 120. (In Russian)
19. Rakutko S.A., Mishanov A.P., Markova A.E., Rakutko E.N. Otsenka effektivnosti svetodiodnogo obluchatelya «Optalyuks-SPES-Agro» dlya svetokul'tury [Greenhouse irradiation facility for overhead and inter-row lighting of long-stalked plants]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016. No. 88: 68-78. (In Russian)
20. Rakutko S.A., Mishanov A.P., Markova A.E., Rakutko E.N. Issledovanie razlichii v kachestve rassady, vyrashchennykh pod izlucheniem lyuminestsentnykh lamp i svetodiodnykh istochnikov [Study of quality difference of tomato transplants grown under fluorescent lamps and LED light sources]. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovanii. 2015. No. 12-1: 9-13. URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7805 (In Russian)
