На главную

  Датчики
  Разное

Светокультура растений

    Как и все живые организмы, растения обладают способностью адаптироваться к изменяющимся условиям. Эта способность различна у разных видов. Есть растения, довольно легко приспосабливающиеся к достаточному или избыточному свету, но встречаются и такие, которые хорошо развиваются только при строго определенных параметрах освещенности. В результате адаптации растения к пониженной освещенности несколько меняется его облик. Листья становятся темно-зелеными и немного увеличиваются в размерах (линейные листья удлиняются и становятся уже), начинается вытягивание междоузлий стебля, который при этом теряет свою прочность. Затем их рост постепенно уменьшается, т.к. резко снижается производство продуктов фотосинтеза, идущих на посторенние тела растения. При недостатке света многие растения перестают цвести.

При избытке света хлорофилл частично разрушается, и цвет листьев становится желто-зеленым. На сильном свету рост растений замедляется, они получаются более приземистыми с короткими междоузлиями и широкими короткими листьями.

Появление бронзово-желтой окраски листьев указывает на значительный избыток света, который вреден растениям. Если срочно не принять соответствующие меры, может возникнуть ожог.

Важными характеристиками светового режима является суточная и сезонная динамика.

Длина светового дня меняется в течение года. В умеренных широтах самый короткий день равен 8 ч., а самый длинный – более 16 ч.

По степени отношения к световому режиму выделяют растения длинного дня, которые могут расти, цвести, и плодоносит круглый год, темнота им совершенно не нужна. В средних широтах (гортензия, глоксиния, сенполия, кальцеолярия, цинерария т.д.) цветут с ранней весны, (т.е. с наступлением длинного дня и короткой ночи), до начала осени.

Растениям короткого дня (зигокактус, каланхое и др.), для того чтобы зацвести, необходим 8-10 часовой световой день.

Растения, не требовательные к длине дня, цветут как при длинном, так и при коротком световом дне (розы, бегония семперфлоренс, комнатный клен и др.)

Растения чередования длинных и коротких дней зацветают лишь после того, как короткие зимние дни сменяются длинными весенними дня (пеларгония крупноцветковая) или требуют обратного чередования, т.е. цветут только зимой (камелия, цикламен).

Нарушения светового режима

Одна из наиболее распространенных причин медленного умирания растений — это недостаток света. Под недостатком света мы понимаем и недостаточную продолжительность светового дня, и недостаточную интенсивность освещения. Как уже упоминалось, свет — единственный доступный зеленым растениям источник энергии, обеспечивающий все функции их организма. Поэтому освещенность ниже видового порога неизбежно приводит к гибели растения. Естественно, что растение погибает не сразу. Сначала изменяется естественная окраска листьев — молодые листья вырастают более бледными и более мелкими, чем обычно, пестроокрашенные теряют яркость рисунка, пестрые листья становятся зелеными, нижние листья желтеют. Происходит уродливое вытягивание побегов из-за излишнего удлинения междоузлий, а цветение гораздо более скудное: и цветов образуется меньше, и размером они более мелкие. Потом растение прекращает свой рост, цветения не наступает вовсе, нижние листья желтеют, засыхают и опадают. И только после этого растение окончательно погибает. Наиболее чувствительны к дефициту освещения молодые растения.

Старые экземпляры с хорошо развитой корневой системой более устойчивы в условиях недостатка света, так как при низком уровне фотосинтеза могут какое-то время использовать запасы питательных веществ, накопленных в корнях. Но при постоянном дефиците освещения в течение нескольких месяцев и они неизбежно погибают.

К нарушениям светового режима относится и избыток света. Для многих растений попадание на листья прямых солнечных лучей в течение нескольких часов весной или летом также может привести к повреждениям или даже к гибели. Это относится, конечно, к тенелюбивым растениям — селагинеллам, папоротникам, марантам и др.

Нарушение светового режима не сводится только к избытку или недостатку света. Для некоторых видов растений важным фактором является и периодичность и длительность освещения.

Растениям наших широт, как правило, требуется длинный световой день, по 12—16 часов. Тропические по происхождению растения привыкли к более короткому световому дню — им достаточно 12-часового освещения. Для таких растений длительность освещения является ключевым моментом для закладки бутонов и цветения: они зацветают только после 8 недель короткого светового дня, когда ночь длится 14 часов; но для этого растения следует накрывать плотным, не пропускающим свет пакетом.

Хронический дефицит света

Признаки того, что растению хронически не хватает света, могут быть различными, но в первую очередь страдают молодые, образующиеся в этих условиях побеги. Их листовые пластинки становятся бледновато окрашенными, междоузлия удлиняются, размер листовой пластинки уменьшается.

Небольшой кратковременный недостаток освещенности можно компенсировать, несколько снижая температуру воздуха. Существует правило: чем меньше освещены растения, тем меньше должна быть температура. Безусловно, снижать температуру можно лишь в разумных пределах.

Светокультура растений

Светокультурой растений называется дисциплина, изучающая теоретические основы и методы выращивания растений  с помощью искусственного облучения. В условиях светокультуры энергия оптического излучения, наряду с питанием, наличием диоксида углерода, влажностью и температурой воздуха является важнейшим фактором, оказывающим влияние на рост и развитие растений. Наиболее важны четыре основные характеристики излучения: спектральный состав, облученность, продолжительность суточного облучения (фотопериод) и пространственная структура светового поля.

Спектральный состав солнечного света:

Основным источником естественного оптического излучения на Земле является Солнце. Оптическое излучение Солнца находится в очень широком интервале длин волн. В него входят космичкские лучи, рентгеновского излучения, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасные волны и радиоволны. 

Космические лучи  - менее 0.01 нм  и рентгеновское излучение  0.01 нм - 1нм – поглощаются верхними слоями атмосферы и до поверхности земли не доходят

Ультрафиолетовое излучение  1 нм до 400 нм,  делится на дальнее ультрафиолетовое излучение от 1 нм -200 нм, которое тоже до поверхности земли не доходит и ближнее от 200-400 нм.

Ближнее УФ излучение  условно разделяется на три категории волн:

1.Ультрафиолет коротких волн (200-290 нм)

 2.Ультрафиолет  средних волн (290-350 нм)

 3.Ультрафиолет  длинных волн (350-400 нм)

Короткие волны ультрафиолета  200-290  нм  высокоэнергичны, обладают способностью изменять и разрушать биологические молекулы. Белки поглощают излучение в пике 220-240nm, нуклеиновые кислоты 260nm, возбуждение от этих лучей приводит к изменению или вообще к разрыву химических соединений, следствие: белки не выполняют свои функции, нуклеиновые кислоты мутируют. Так-же короткие волны вызывают фотолиз воды образуя свободные активные радикалы и перекись водорода, последние в свою очередь окисляют и разрушают органические молекулы, живые клетки начинают отмирать. Для жизнедеятельности растений короткие волны губительны, правда некаторые лабораторные работы с применением в очень малых количествах этого излучения приводили к положительным результатам скорости роста до 50%, но единой формулы применения этого спектра для всех растений нет, для каждого растения применима определённая доза.

Средние волны ультрафиолета подразделяются на две категории:

 290-310 нм опасные для человека, т.к. вызывают ожоги кожи, сетчатки глаз у растений повышают холодостойкость.

 310-350 нм относительно менее вредные. Растения при постоянном облучении средними волнами в больших дозах погибают, в малых дозах усиливается пигментация растений, но если средневолновое излучение использовать в малых дозах кратковременно до 20 минут суммарно каждый день, можно добиться положительных результатов ускорений роста и размеров многих видов растений. Растения томатов вырастают на половину крупнее, растения кукурузы крупнее на четверть, хлопчатник и рис от 30 до 50%. Цветение облучаемых растений наступает раньше сроков, а плоды набирают большую массу. Высокогорные виды растений на средневолновое облучение реагируют ещё сильнее, но превышение доз губительно, приводит к ожогам, измельчению листьев, ослаблению и в итоге к гибели растения. Надо иметь в виду, что работать со средними волнами ультрафиолетового излучения т.к. можно помимо пользы нанести вред не только растениям, но и себе.

Длинные волны ультрафиолета  350-400 нм  безвредны как для человека, так и для растений.

Они задерживают «вытягивание» растений и стимулируют синтез некоторых витаминов, поэтому целесообразно присутствие этого излучения в небольших количествах (несколько процентов) в общем лучистом потоке;

Благополучно сказывается на развитие высокогорных растений при долговременном облучении с общим потоком света, в разы увеличивает синтез алкалоидов, эфирных масел и терпенов-это помогает при выращивании укропа, петрушки и странных ёлочек с непонятными шишками. Увеличивает количество цветковых почек заложенных в памяти растения. Дает возможность выращивать растения длинного и короткого дня с использованием освещения одинаковым по времени досветки, т.е. сглаживает фотопериодические реакции, может вызывать покраснения листьев т.к. вызывает синтез антоцианов и каротиноидов.

400-490 нм («синий»)  кроме непосредственного участия в фотосинтезе, стимулируют образование белков и регулируют скорость развития растения. У растений, живущих в природе в условиях короткого дня, эти лучи ускоряют наступление периода цветения, должны входить в состав спектра фотосинтетически активной радиации (ФАР) для выращивания растений;

490-600 нм («зеленый») – не является абсолютно необходимым для обеспечения фотосинтеза растений, но благодаря своей высокой проникающей способности полезен для обеспечения фотосинтеза оптически плотных листьев и густых посевов растений;

600-700 нм («красный») – обладает ярко выраженным субстратным и регуляторным воздействием. Должен входить в состав общего излучения для обеспечения высокого фотосинтеза. Но монохроматический (однородный) красный свет может приводить к аномальному росту и развитию, а в ряде случаев и к гибели некоторых видов растений;

700-750 нм («дальний красный») – обладает ярко выраженным регуляторным действием. В небольших количествах (несколько процентов) должен входить в состав общего излучения;

Он обладает  хорошей проницательной способностью через толстые слои почвы и слои атмосферы, тормозит процесс фотосинтеза, при этом облучении не синтезируется хлорофил, останавливается строительство светособирающих комплексов, поэтому семена маленьких размеров с маленьким содержанием питательных веществ для начальной активизации не проростают если их укрыть толстым слоем почвы. Вечером солнце заходит за горизонт, лучи света проходят через более толстые слои атмосферы, опять-же дальний красный проникает лучше всех, даже при кратковременном облучением дальним красным происходит отключение всех процессов фотосинтеза перед сном растения.

более 1000 нм – энергия  фотонов  этих частот настолько слаба, что не может инициировать фотохимические реакции. Правда, некоторые  области ИК радиации поглощаются водой, содержащейся в растениях,  и, таким образом, могут повышать температуру растений..

 

По современным представлениям, диапазон оптического излучения, имеющий у растений основное субстратно-регуляторное значение, находится в границах 280–750 нм.

Фитофотометрическая оценка излучения основана либо на энергетической, либо на эффективной системе величин, оценивающей излучение с помощью селективной функции фотосинтезной эффективности .


 

Относительные спектральные кривые воздействия оптического излучения на растения:

а -поглощение фоторецепторами растений;     b - поглощение коротковолнового фотопигмента;     с - поглощение красной формы фотохрома;   d - поглощение дальней красной формы фотохрома;  е - эффективность фотосинтеза растений.

 

     Последняя обладает рядом преимуществ, свойственных системам эффективных величин, однако ее практическую ценность для светокультуры существенно снижает отсутствие в ряде случаев прямой корреляции между интенсивностью фотосинтеза и продуктивностью растений.

 Энергетическая система оценки излучения приписывает равнозначное действие излучению любого спектрального диапазона в пределах спектральной области ФАР от 380 до 710 нм.

 Эта система оценки близка к тому, что «белый» солнечный свет является лучшим для растений, поскольку филогенетическое развитие растений происходило при нем. Близкое к равноэнергетическому распределение энергии в солнечном излучении, скорее всего, признается как наиболее универсальное для энергетического обеспечения различных видов растений. Однако принцип универсализации не соответствует принципу максимальной эффективности и поэтому «белый» свет не признан максимально эффективным по своему спектральному составу для обеспечения наивысшей продукционной деятельности любых растений.

Специальные исследования показали, что поиск функций спектральной чувствительности для каждого вида растений, по-видимому, не имеет смысла, так как многие виды растений имеют близкие требования к спектру и интенсивности ФАР. В этой связи важно выбрать критерий классификации растений. В качестве такого критерия может быть принята чувствительность к красному свету. В этом случае виды растений, выращиваемых в условиях светокультуры, можно условно разделить на три группы:

 1) растения, погибающие при длительном воздействии красного света (например, огурец), в связи с чем необходимо ограничение доли красных лучей;

 2) растения, активно растущие и плодоносящие в красных лучах (например, томат);

 3) растения, наиболее активно растущие при облучении их белым светом.

 Такая классификация растений дает основания говорить, по крайней мере, о трех типах эффективных потоков с ограниченным содержанием красных лучей: первый – до 50% в области ФАР, второй – до 75% в области ФАР, третий – равноэнергетическое излучение в области ФАР.

 Было показано, например, что для огурца допустимое соотношение в области ФАР синего (400-500 нм), зеленого (500–600 нм) и красного (600–700 нм) излучения составляет 20:40:40%, а для томата – 20:15:65%. При этом особое значение нужно придавать «красной» составляющей; так, для огурца увеличение красной составляющей более 40% может привести к гибели растений.

 Исследование также показали предпочтительность непрерывного  спектра излучения, т.к. наличие мощных спектральных линий может выводить фотопроцесс на нелинейный и даже деструктивный уровень.

Что касается влияния инфракрасного излучения (ИК) на формирование урожая, то ряд экспериментов позволяет говорить о несущественной роли ИК в области длин волн (750–1200 нм) из-за слабого их поглощения водой и тканями растений. Для λ >1200 нм ситуация более сложная и требует уточнения.

 

 

Таблица 4. Предпочтительные уровни облучения при интенсивной светокультуре

Культура

Облученность*, ЕФАР, Вт/м2

Относительное распределение ОИ по спектру – синий/зеленый/красный

Томаты

100-160

0,2/0,2/0,6

Огурцы

80-120

0,2/0,4/0,4

Рис

280-300

0,33/0,33/0,33

Пшеница

160-200

0,25/0,35/0,4

Хлопчатник

300-400

0,33/0,33/0,33

Корнеплоды   

160-180

-

Чай, субтропические культуры

240-300

-

 

 * В УФ-области спектра (300-400 нм) целесообразно иметь облученность не более 4% ЕФАР, в ИК-области: при 0,7-1,2 мкм не более 100-120% ЕФАР; при 1,2-3 мкм менее 25% ЕФАР; при 3-40 мкм менее 25% ЕФАР.

 Приведенные в этой таблице сведения могут быть использованы при проектировании камер искусственного климата.

Источники:

1.  Светокультура растений:  биофизические и биотехнические основы.  Тихомиров А.А.  Шарупич В.П.  Лисовский Г.М.  – Новосибирск:  Изд-во Сибирского отделения Российской Академии Наук , 2000 – 213с.   

2.  Спектральный состав света и продуктивность растений. Тихомиров А.А.  Лисовский Г.М.  Сидько Ф.Я. .  – Новосибирск:  Наука. Сиб. Отд-ние, 1991. – 168с.    

3.    Курс светокультуры растений. Леман В.М. , Вычшая школа, 1976. – 271с

4. http://www.floralworld.ru/care/light.html#plants3

5. http://promtehnika.com.ua/index3_plants.html


 


 


Статью добавил Николай.