CC BY
38
УДК 581.174.1.035.7
А. С. Мииич*, И.Б. Мшшч*, Н.С. Зеленьчукова*, B.C. Райда**, Г.А. Толстите***
ВЛИЯНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЕТОКОРРЕКТИРУЮЩИХ ПЛЕНОК ДЛЯ ОГРАЖДЕНИЯ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ РЕГИОНА Г. ТОМСКА
‘Томский государственный педагогический университет ‘‘Институт химии нефти СО РАН “‘Новосибирский институт органической химии
Главным фактором, определяющим стимулирующее влияние светокорректирующих пленок на рост и развитие сельскохозяйственных культур в условиях закрытого грунта («полисветановый» эффект), принято считать в настоящее время наличие под ними фотолюминесцентного излучения красной области
спектра [1, 2]. Наличие такого излучения обеспечивается введением в состав полимерных пленок фотолюминофоров красного свечения и возбуждением их люминесценции коротковолновым излучением Солнца - прежде всего его УФ-составляющей. Такая роль люминесцентного излучения светокоррек-
тирующих пленок предполагает значительное влияние на эффективность их применения интенсивности и спектрального состава излучения Солнца, возбуждающего их люминесценцию, Интенсивность и спектральный состав излучения Солнца, в свою очередь, определяются большим количеством факторов. Одними из главных факторов являются конкретные метеорологические условия, которые могут играть большую роль в эффективности применения светокорректирующих пленок в целом. В связи с этим нами предпринята попытка исследования влияния метеорологических условий региона г. Томска в сельскохозяйственные сезоны 1999-2003 гг. на эффективность применения типичных светокорректирующих пленок для ограждения закрытого грунта при выращивании типичных для региона сельскохозяйственных культур.
Методики. Испытания проводили с использованием специально разработанных методик биологического тестирования светокоррекгирующих пленок, заключающихся в выращивании в условиях закрытого грунта в весенний период рассады белокочанной капусты [3], в летний период растений летней редьки «ладушка» [4]. После 30 дней выращивания растений проводили сравнение морфометрических показателей м- с'"пе7:голИ н^о.т.ч'гнвности растений, выраик--- • : л ~ - ; тощими пленками с анал-... . : _.стений, выра-
щенных под немодифицированвыми полиэтиленовыми пленками тех же технологических параметров по методикам [3, 4],
В качестве опытных использованы пленки полиэтилена высокого давления (ПЗВД) с добавками наиболее типичных для светокоррекгирующих пленок фотолюминофоров: органического на основе комплекса нитрата европия с 1,10-фенантролином (ФЕ), с максимумом в спекгре люминесценции 617 нм и оксисульфида иттрия, активированного европием (КТЦ-626). с максимумом 626 нм. Пленки изготавливали из полиэтилена высокого давления марки 15303-003 стандартным методом экструзии с раздувом по методике [5].
В качестве показателей контроля метеорологических условий использованы данные наблюдений Гидрометцентра г. Томска по температурному режиму и состоянию нижней и общей облачности в период проведения эксперимента.
Результаты и обсуждение. Томск относится к региону рискованного земледелия в связи с неблагоприятными климатическими условиями, прежде всего низкими средними температурами и малым количеством ясных, солнечных дней, особенно в весенний и осенний периоды. Это позволяет проводить в условиях региона испытания по влиянию прежде всего именно этих факторов на эффективность использования светокорректирующих пленок при выращивании растений в закрытом грунте.
Сельскохозяйственный сезон разделен нами на два периода испытаний - весенний, обычно наименее благоприятный для сельского хозяйства, и летний, более благоприятный - путем подбора для выращивания в закрытом грунте соответствующих культур. В весенний период в течение мая в условиях закрытого грунта выращивали рассаду белокочанной капусты «надежда» и в летний период с 11 июня по 11 июля растения летней редьки «ладушка». Сравнивали морфометрические показатели 30-дневных растений рассады, выращенных под двумя указанными типами светокорректирующих пленок в 1999-2003 гг., с показателями контрольных растений, выращенных под немодифицированной полиэтиленовой пленкой (рис. 1).
Одним из главных морфометрических показателей, определяющих особенности роста и развития опытных и контрольных растений рассады капусты, является площадь листьев [3]. Значительное увеличение этого показателя растений, выращенных под опытными пленками, по сравнению с показателями контрольных растений за все годы испытаний отмечено для обоих типов пленок только в 1999 и 2003 гг. (рис. 1). Некоторое увеличение этого показателя (около 20 % от контроля) отмечено и в 2000 г. Наиболее неблагоприятными для выращивания рассады капусты по этому показателю явились 2001 и 2002 гг. В эти годы под пленкой с добавкой люминофора ФЕ получены одинаковые показатели как для опытных, так и контрольных растений. Отличие показателей находится практически в пределах изменений их величины для отдельных растений в каждом испытании. Для пленок с добавкой люминофора КТЦ-626 в 2001 г. отмечено значительное (на 30 %) уменьшение показателя контрольных растений - отрицательный эффект. В 2003 г. при общем значительном влиянии обеих светокорректирующих пленок на рост рассады наблюдались значительные отличия площади листьев растений, выращенных под светокорректирующими пленками с добавками разных фотолюминофоров (рис. 1).
По таким морфометрическим показателям, как число листьев и диаметр стебля, значительные отличия для опытных растений по сравнению с контрольными растениями отмечены только в 1999 г. (рис. 1). В остальные годы эти показатели опытных и контрольных растений находятся практически в пределах изменения величин для отдельных растений в каждом опыте.
Таким образом, пятилетние наблюдения за ростом и развитием растений рассады белокочанной капусты одного сорта в одни и те же сроки с использованием ежегодно одинаковых по составу и свойствам светокорректирующих пленок показали многообразие их влияния на растения и проявления «полисве-танового» эффекта в разные годы. Это обстоятель-
Диаметр стебля, % от контроля Число листьев, % от контроля Площадь листьев, % от контроля
180
1999 2000 2001 2002 2003
щФЕ ЕЗКТЦ 626
Рис 1. Влияние светокорректирующих пленок на изменение морфометрических показателей 30-дневной рассады капусты «надежда» при выращивании в закрытом грунте с 1 по 31 мая по годам исследования
ство является совершенно естественным с учетом большого количества факторов, определяющих интегральные показатели роста и развития растений. Тем не менее сравнение полученных результатов биологического тестирования светокорректирующих пленок с конкретными метеорологическими условиями в период проведения экспериментов позволяет выявить вполне явные и заметные закономерности. Явная зависимость величины «полисветанового» эффекта про слеживается прежде всего от состояния облачности в период проведения экспериментов (рис. 2).
Так, 1999 и 2003 гг. - период проявления наибольшего по величине «полисветанового» эффекта - отличаются большим количеством ясных солнечных дней в период проведения эксперимента. Средний уровень облачности в 1999 г. составлял менее 4 баллов по десятибалльной шкале (рис. 2). При этом наблюдалась аномально теплая для региона погода, когда среднесуточные температуры воздуха были 15-19, максимальные 24-29 °С, что выше региональной нормы на 5 °С.
В 2003 г. достаточно плотная облачность отмечена только для первой декады месяца. В остальной период облачность также на уровне около 4 баллов. Минимальные среднемесячные температуры выше региональной нормы на 7 °С. Именно этими благоприятными метеорологическими условиями и могут быть объяснены высокие эффекты влияния светокорректирующих пленок на рост и развитие рассады капусты под ними.
В остальные годы наблюдалась более типичная для региона плотная облачность с краткими в отдельные дни прояснениями. Так, в 2000 г. достаточно ясная погода наблюдалась только в третьей декаде мая. Одновременно в третьей декаде наблюдалась теплая погода со средней минимальной температурой +15.6 °С, что выше нормы на 4 °С и ниже 1999 г. на 3 °С. Этот короткий благоприятный период, по-видимому, и определил незначительный положительный эффект использования светокорректирующих пленок, несмотря на неустойчивую погоду с заморозками от начала месяца вплоть до конца второй декады и средними температурами 6.2 °С, что в пределах нормы и на 7 °С ниже 1999 г. Особенно неблагоприятные для сельского хозяйства метеорологические условия наблюдались в 2001 и 2002 гг., где позднее на 10-12 дней средних для региона сроков отмечалось окончание снеготаяния, заморозки наблюдались вплоть до конца 2 декады при среднем уровне облачности выше шести баллов. Это и явилось вероятной причиной отсутствия эффектов, несмотря на достаточно низкую облачность в третьих декадах в эти годы.
Гораздо более устойчивые положительные эффекты использования светокорректирующих пленок наблюдали в более благоприятные для сельского хозяй-
Температура, °С Температура, °С Температура, °С Температура, °С Температура,
О
\ _ А-А-Ж
ц ш ю
м
Н
о
о
X
х
11
18
21
28
31
1999
с;
е;
я
ю
х
т
с, ю
О
11
16
21
26 31
2000
с ю
ц
« 8
£ 6
О
о 4 X 4
го 9
5
о о
И т ! 1 КА К
Ц / 1 " і" V ж у- —& ^ 1 * % / Д # 1 / \
1 * 1 1 А 'V \И • .\ 1 Л
/ А1 1 і і, 1; а / а '
;#Л-А 1 ' ' ей, 1 і І , !<> а-а 'Л /і ■
її
16
21
26
31
2001
Дни выращивания
2003
6 11 16 21 26 Дни выращивания
31
-общая ---4---нижняя
Рис. 2. Минимальная и максимальная температуры (слева) и облачность (справа) в г, Томске в дни выращивания рассады капусты
с 1 по 31 мая по годам
ства летние месяцы при выращивании летней редьки в условиях закрытого грунта (рис. 3. 4).
Устойчивые положительные эффекты влияния светокорректирующих пленок на рост и развитие растений редьки наблюдались во все годы испытаний, кроме 2003 г., когда под пленкой с люминофором КТЦ-626 получено очень незначительное (около 15 %) повышение продуктивности, а с ФЕ - отрицательный результат: уменьшение продуктивности на ту же величину. При этом наибольшие эффекты под обоими типами пленок получены в 2001 и
на
2000 2001 2002 2003
Рис. 3. Влияние светокорректирующих пленок продуктивность летней редьки «ладушка» при выращивании в закрытом грунте с 11 июня по 11 июля в 2000-2003 гг.
11
16
21
26 31
2001
11
16 21 26 31
О
о
а
ф
с
О
35 30
125 I20
С
2
Ф
Н
с;
с;
ш
ю
i
о
щ
о
2002
>
15
10
—г_-------1-------1—
11 16 21
Дни выращивания
26
31
2003
-шах
- ГПІП
с;
с;
го
ю
Л
н
о
о
х
5
£
о
Дни выращивания
-общая
нижняя
Рис. 4. Максимальные и минимальные температуры (слева) и облачность (справа) в дни выращивания редьки «ладушка»
в г. Томске в 2000-2003 гг.
2002 гг. Анализ метеоусловий в период выращивания растений по годам испытаний показывает, что в эти годы наблюдался более значительный уровень облачности (5-6 баллов), чем в 2000-м и особенно
2003 г. (рис. 4). Одновременно в эти годы отмечены умеренные средние температуры (около 20 °С) в течение всего периода испытаний, в отличие от 2000 и 2003 гг., в которые средние температуры значительно выше нормы для региона. Особенно высокие для региона температуры наблюдались в июне-июле 2003 г., когда температура длительный срок была около 30 °С в тени, что приводило к перегреву внутри укрытий до 40 °С и более. По-видимому, это обстоятельство и послужило причиной отрицательного эффекта, несмотря на низкий уровень облачности (около 3 баллов) и весьма высокую интенсивность солнечной радиации (в том числе УФ диапазона) в течение практически всего периода испытаний. Полученные результаты позволяют предполагать, что, в отличие от весеннего периода, когда лимитирующей для проявления эффекта являлась низкая интенсивность солнечной радиации, в летнее время с большей продолжительностью светового дня большая интенсивность солнечной радиации даже при большом уровне облачности позволяет получать устойчивые эффекты при условии умеренных максимальных температур.
Таким образом, результаты многолетних наблюдений за влиянием метеорологических условий на эффективность использования, светокорректирующих пленок для ограждения закрытого грунта при вырашивании тестовых растений показывают, что положительное стимулирующее действие на растения светокорректирующие пленки оказывают только в условиях, достаточно благоприятных для фотосинтеза в целом. Причем интервал благоприятных условий для реализации «полисветанового» эффекта по световому и тепловому режимам достаточно узкий, и именно погодные условия, а не состав пленок, вид и сорт растений, в регионах рискованного земледелия будут определять уровень стабильности воспроизведения «полисветанового» эффекта. Это требует проведения дальнейших исследований, направленных на определение возможности и условий сочетания применения светокорректирующих пленок
и искусственного улучшения условий в закрытом грунте за счет дополнительного освещения и обогрева. В регионах с более благоприятными для сельского хозяйства условиями можно ожидать более устойчивых результатов без использования таких приемов. Так, при проведении испытаний светокорректирующих пленок в Болгарии, с ее практически идеальным для сельского хозяйства климатом, получено более устойчивое воспроизведение высоких показателей «полисветанового» эффекта для широкого круга культур [1].
Большое влияние специфического состава электромагнитного излучения под светокорректирующими пленками на рост и развитие растений наглядно проявляется при проведении параллельных экспериментов с выращиванием рассады капусты под пленкой с люминофором ФЕ аналогично описанному выше эксперименту, но с ежедневным снятием пленочного ограждения с укрытия на 0.5-1 ч в околопо-луденное время. При этом даже такое кратковременное освещение растений естественным солнечным светом в 1999 и 2003 гг., когда под указанной пленкой получен максимальный по величине «полисве-тавовый» эффект, в экспериментах со снятием ограждения все морфометрические показатели опытных растений равны показателям контрольных.
Заключение. Многолетние наблюдения за ростом и развитием растений в условиях закрытого грунта под светокорректирующими пленками с использованием методик биологического тестирования показали большое влияние на эффективность их применения метеорологических условий в период проведения испытаний. Значительные по величине эффекты стимулирующего влияния на рост и развитие опытных растений светокорректирующие пленки оказывают только в достаточно благоприятных для их роста и развития световых и температурных условиях. При высокой облачности, выше 5-6 баллов, в весенний период с одновременным понижением температур или высоких температурах в летний период такие эффекты не наблюдаются. Так же снимает полностью наблюдаемые эффекты даже кратковременное удаление светокорректирующего пленочного укрытия и освещение растений прямым солнечным светом.
Литература
1. Kusnetsov S.I., Leplianin G.V., Mironov U.l. et. al. «Polisvetan». a high performance materia! for cladding grinhouses /'/' Plasticulture.
1989, Na 3.
2. Карасёв B.E. Полисветаны - новые полимерные светотрансформирующие материалы для сельского хозяйства // Вести. Дальневост, отд-ния РАН. 1995. № 2.
3. Минич A.C., Минич И.Б., Райда B.C. и др. Биологическое тестирование светокорреткирующих пленок в условиях закрытого грунта при выращивании белокочанной капусты // Сельскохозяйственная биология. 2003. № 3.
4. Минич A.C., Минич И.Б,, Иваницкий A.E., Райда В,С. Биологическое тестирование пленок для закрытого грунта с различными фотофизическими свойствами // Вестн. Томского гос, пед. ун-та. 2000. Вып. 2(18). Сер.: Естественные науки.
5. Райда B.C., Минич A.C., Терентьев В.А. и др. Технология производства светокорректирующих полиэтиленовых пленок для сельского хозяйства // Хим. пром-сть. 1999. Ns 10.
