Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,731

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧИЙ В КАЧЕСТВЕ РАССАДЫ ТОМАТА, ВЫРАЩЕННОЙ ПОД ИЗЛУЧЕНИЕМ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП И СВЕТОДИОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ракутько С.А. 1 Маркова А.Е. 1 Мишанов А.П. 1 Ракутько Е.Н. 1
1 ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП)»
Отмечена важность спектрального состава излучения при выращивании растений в светокультуре. Рассмотрен способ задания спектра излучения через соотношение долей энергии в синем, зеленом и красном поддиапазонах фотосинтетически активной радиации. Изложены результаты выращивания рассады томата под излучением люминесцентных ламп (ЛЛ) и светодиодных источников (СД), имеющих одинаковые (и практически равные для этих источников) доли энергии в отмеченных поддиапазонах. Выявлено, что рассада томата, выращенная под ЛЛ характеризуется большей сырой массой, превышающее этот же показатель у растений под СД на 21,6 %, однако образуемое в растениях сухое вещество под СД на 19,7 % выше, чем при использовании ЛЛ. При использовании СД снижение удельного потребления электроэнергии составляет 13,1 %. Это открывает возможность применения светодиодов для промышленного получения рассады томата.
светокультура
источники излучения
спектр
фотосинтетически активная радиация
томат
рассада
эффективность
1. Нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады НТП 10-95. – М: МСХ РФ НИПИ Агропром, 2006. – С. 21.
2. Ракутько Е.Н., Ракутько С.А. Сравнительная оценка эффективности источников излучения по энергоемкости фотосинтеза // Инновации в сельском хозяйстве. – 2015. – № 2(12). – С. 50–54.
3. Ракутько Е.Н., Ракутько С.А. Энергосбережение в оптических электротехнологиях АПК // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: сб.докладов X Межд.научно-практич. конф. (16–17 апреля 2015 г., Великие Луки). Великолукская ГСХА. В. Луки: РИО ВГСХА, 2015. – С. 252–254.
4. Ракутько С.А. Прикладная теория энергосбережения в энерготехнологических процессах АПК: основные положения и практическая значимость // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2009. – № 6. – С. 129–136.
5. Ракутько С.А. Исследование различных источников оптического излучения при выращивании рассады томата // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: сб. науч. тр. Вып. 85. – Спб.: СЗНИИМЭСХ, 2014. – С. 69–76.
6. Ракутько С.А., Судаченко В.Н., Маркова А.Е. Оценка эффективности применения оптического излучения в светокультуре по величине энергоемкости // Плодоводство и ягодоводство России. – 2012. – Т. 33. – С. 270–278.
7. Nanya K. Effects of blue and red light on stem elongation and flowering of tomato seedlings. Acta Horticulturae. – 2012. – vol. 956. – Р. 261–266.

Важнейшей задачей в АПК является обеспечение энергосбережения в применяемых технологических процессах. Одними из наиболее энергоемких являются процессы, связанные с использованием энергии оптического излучения. Примером таких процессов является светокультура, то есть выращивание растений полностью при искусственном облучении. Энергия потока оптического излучения в области фотосинтетически активной радиации (ФАР) с длиной волны от 400 до 700 нм является основой обеспечения процессов фотосинтеза и получения полезной продукции в светокультуре [3].

В светокультуре одним из энергосберегающих мероприятий является регулирование светового режима, в том числе путем аргументированного выбора источников излучения и/или регулирования спектра излучения выбранных источников в диапазоне ФАР. Экономические показатели светокультуры непосредственно зависят от соответствия спектрального состава излучения требуемым значениям [4]. Следует отметить, что эффект от спектрального состава облучателя будет различным при использовании его для досвечивания как дополнительного к естественному освещению, либо в светокультуре, без солнечного света. Так, спектр широко применяемых для облучения растений натриевых лампы при их использовании в закрытых помещениях без доступа солнечного света вызывает вытягивание рассады [5]. Достаточно признанным в метрологии светокультуры является подход, основанный на выделении трех спектральных поддиапазонов ФАР: синего (B – blue) 400…500 нм, зеленого (G – green) 500…600 нм и красного (R – red) 600…700 нм [2]. К настоящему времени накоплено множество экспериментальных данных по выращиванию растений под излучением, задаваемом соотношениями энергии в поддиапазонах ФАР kB:kG:kR [6]. Выявлено, что отдельные виды и сорта для достижения максимальных показателей роста требуют различного спектрального состава излучения [7]. Современные источники света (ИС) позволяют задать практически любой спектральный состав потока. В газоразрядных лампах этого добиваются путем изменения наполнения лампы или состава люминофора в люминесцентных лампах (ЛЛ). Применение новых типов ИС – светодиодов (СД), позволяет путем комбинирования добиться практически любого спектрального состава, задаваемого соотношением kB:kG:kR.

Цель исследований заключается в выявлении различий в качестве рассады томата, выращенной под 1) смешанным спектром от ЛЛ и 2) набором узкополосных спектров от синих, зеленых и красных СД, при одинаковой мощности потоков в каждом спектральном поддиапазоне ФАР.

Материалы и методы исследования

Эксперименты проводились при облучении рассады томата (Solanum Lycopersicum) сорта Фламинго F1 в световой комнате. Взрослое растение образует куст высотой 0,5–1,5 м. Вегетационный период составляет 110–115 дней. Гибрид томата Фламинго F1 относится к новым гибридам томатов, хорошо зарекомендовавших себя в хозяйственных сортоиспытаниях и внесен в Госреестр. Для большинства гибридов томата рассаду на постоянное место рекомендуется высаживать в возрасте 38–40 дней от посева. Для новых гибридов томата высадку рекомендуется производить в возрасте 35 дней, с готовой зацвести первой кистью [1]. К моменту высадки рассада должна иметь 7–8 развитых листьев, высоту около 30 см и хорошо развитую корневую систему.

В качестве источников для облучения рассады использовались 2 облучателя:

1) светильник ЛСПО 4х58, состоящий из двух ЛЛ Philips Master TL – Д 58/840 и двух ЛЛ OSRAM L58/77 FLUORA. Электрическая мощность светильника составляла 213 Вт. Суммарный спектр излучения (с пиками на отдельных длинах волн, характерными для используемых люминофоров) характеризовался соотношением kB:kG:kR = 34 %:32 %:34 %, т.е. имел практически равные доли энергии в указанных поддиапазонах.

2) СД модуль, состоящий из диодов типа ARPL – Star – 3W с блоками питания HTS–200M–12. Электрическая мощностью модуля составляла 185 Вт. Суммарный спектр излучения характеризовался соотношением kB:kG:kR = 35 %:29 %:36 % и был приближен суммарному спектру излучения ЛЛ путем подбора количества синих, зеленых и красных светодиодов и регулирования величины тока, проходящего через каждую группу светодиодов.

Спектральный состав света облучателей в опыте, измеренный спектроколориметром «ТКА-ВД/04» представлен на рис. 1.

rakut1.wmf

Рис. 1. Спектр излучения источников

Таким образом, несмотря на существенные различия в распределении энергии по длинам волн, потоки в синем, зеленом и красном поддиапазонах ФАР были практически одинаковы. Уровень облученности под облучателями в течение вегетационного периода поддерживался на уровне 30 Вт/м2 за счет изменения высоты подвеса облучателей над растениями. Температура воздуха в помещении поддерживалась в автоматическом режиме на уровне 20–22 °С сплит-системой кондиционирования воздуха MSE24 HRN1, а относительная влажность воздуха на уровне 60–70 % ультразвуковым увлажнителем воздуха «Вдох-Нова-3000 У».

В качестве субстрата брали верховой сфагновый торф, кислый (рН 3,6), степень разложения 10 %, влажность 55 % с низким содержанием подвижных форм элементов питания. Кислотность торфа нейтрализовали агромелом из расчета 3,5 кг мела на 100 кг торфа и доводили рН до 6,0–6,2. Содержание элементов питания в торфе доводили до, мг/л: N–NO3 – 194,5; Р – 72; К – 189,6; Са – 160; Mg – 60 с добавлением солей: В, Мо, Cu.

Семена томата Фламинго F1 высевали в ящики с торфом, влажность торфа 60 %. После появления всходов (через 2 дня) ящики с сеянцами помещали под лампы ДНАЗ 400 на круглосуточное досвечивание (уровень освещенности 8 клк) в течение 3-х дней. В последующие 12 дней режим досвечивания составил 16 часов в сутки. На 15-е сутки растения в фазе 2-х листьев пикировали в контейнеры с торфом. Масса контейнера с торфом составила 300 г и через сутки растения были перенесены под источники света в соответствии с вариантами опыта. Расстановку рассады проводили через 18 дней после пикировки по 25 штук на 1 м2, а через 22 дня после пикировки – окончательная расстановка по 20 штук на 1 м2. Полив водой и подкормку растений проводили в одинаковых для всех растений количествах. Электропроводность питательного раствора поддерживали на уровне EC = 1,3–1,7 мСм/см. Выращивание рассады, готовой к высадке на постоянное место, завершили на 43 день после посева. По окончании опыта оценивали качество рассады.

Результаты исследования и их обсуждение

Наибольшую потребность у растений томата в воде отмечали в фазе 7–8 листьев в возрасте 32–36 дней от посева 1,6–1,9 л/м2 в день. Расход элементов питания в этой фазе составил: г, д.в./м2/день: N(NO3+NH4) – 0,17; Р – 0,10; К – 0,48; Mg – 0,21 не зависимо от типа облучателя. Под светодиодным модулем наблюдался меньший расход воды.

Динамика высоты растений под различными облучателями в процессе эксперимента представлена на рис. 2.

Результаты анализа динамики роста и развития рассады томата показывают, что 36-ти дневная рассада под ЛЛ имела наиболее близкие к нормативным требованиям среднюю высоту 24,1 ± 0,48 см и среднее количество листьев 8,1 ± ± 0,13 шт/раст., по сравнению с показателями рассады, растущей под СД облучателем, где растения были небольшие и эти показатели составили 18,9 ± 0,31 см и 8,2 + 0,11 см соответственно. В обоих вариантах на 36-й день отсутствовала готовая к цветению первая кисть, появившаяся у основной массы растений к 41 дню выращивания.

В табл. 1 показаны различия в длине междоузлий рассады, выращиваемой под различными облучателями (с указанием среднего значения rak01.wmf, ошибки среднего Sx и коэффициента вариации V).

У растений 43-х дневного возраста наиболее соответствующая рекомендациям длина междоузлий 6-8 см приходилась на 5-е и 6-е междоузлия у растений, выращенных под ЛЛ. Под СД модулем наблюдалась недостаточная длина междоузлий, которая составила 4,64 ± 0,2 см.

В табл. 2 показаны основные параметры рассады в конце эксперимента.

При оценке средней сырой массы лучшие показатели были у растений, выращенных под ЛЛ, которая составила 43,97 г, что на 21,6 % превышает среднюю сырую массу растений, выращенных под СД. Диаметры стеблей растений в обоих вариантах при этом 6,19 мм и 6,15 мм соответственно. Высоту, наиболее близкую к рекомендуемой, имели растения, выращенные под СД, средняя высота которых составила 32,21 см.

У растений обоих вариантов отмечали устойчивую зеленую окраску листьев и прямостоячую верхушку стебля. Растения имели вегетативный тип развития и развитую корневую систему белого цвета.

Расчеты затрат электроэнергии на выращивание рассады томата показали, что при равной суммарной энергии потока, представленной растениям затраты электроэнергии при использовании СД на 13,1 % меньше, чем при использовании ЛЛ, при этом удельные затраты на создание единицы массы сухого вещества при использовании СД на 7,5 % больше, чем при использовании ЛЛ (табл. 3).

rakut2.wmf

Рис. 2. Динамика высоты растений томата в процессе эксперимента

Таблица 1

Размер междоузлий под различными облучателями

№ междоузлия

СД

ЛЛ

rak02.wmf ± Sx, см

V, %

rak03.wmf ± Sx, см

V, %

1

1,73±0,098

19,6

2,46±0,19

29,2

2

3,17 ± 0,21

23,3

4,28 ± 0,22

20,7

3

3,15 ± 0,21

21,2

4,09 ± 0,21

20,7

4

4,64 ± 0,20

15,3

6,50 ± 0,21

12,9

5

4,99 ± 0,19

13,5

6,43 ± 0,23

13,9

6

3,51 ± 0,17

17,3

4,31 ± 0,20

18,5

7

2,81 ± 0,15

19,2

3,42 ± 0,21

24,3

8

1,99 ± 0,17

29,6

2,12 ± 0,14

25,9

Таблица 2

Характеристика рассады в конце эксперимента

Облучатель

Высота растения, см

Кол-во листьев, шт./раст.

Сырая масса растения, г

Диаметр стебля, мм

СД

32,21

10,58

34,43

6,15

ЛЛ

40,85

10,47

43,97

6,19

Таблица 3

Удельные показатели затрат электроэнергии на выращивание рассады томата Фламинго F1

Облучатель

Сырая масса растений, г/м2

Сухое в-во в зеленой массе, %

Выход сухого в-ва, г/м2

Суммарная энергия

потока, МДж/м2

Уд.расход эл.энергии на создание сухого в-ва, МДж/г

Затраты эл.энергии,

кВт* ч

Снижение затрат эл.энергии, %

ЛЛ

879,4

10,05

88,37

46,98

0,53

86,2

СД

688,6

12,03

82,83

46,98

0,57

74,9

13,1

Заключение

В результате проведенных исследований выявлено, что при уровне облученности 30 Вт/м2 и практически одинаковом соотношении энергии в поддиапазонах в диапазоне 400–700 нм, у растений, выращенных под ЛЛ наблюдается более интенсивное образование сырой массы, превышающее этот же показатель у растений под СД на 21,6 %, однако образуемое в растениях сухое вещество под СД на 19,7 % выше, чем при использовании ЛЛ. Кроме этого затраты электроэнергии при использовании СД на 13,1 % ниже, по сравнению с ЛЛ, а средняя высота рассады наиболее близка к рекомендуемой и составляет 32,21 см.

Из этого следуют выводы:

1. Применение для облучения формируемого из СД спектра в диапазоне ФАР позволило получить готовую к высадке на постоянное место рассаду с характеристиками, соответствующими требованиям к рассаде, хотя несколько уступающую характеристикам рассады выращенной под спектром от ЛЛ, что подтверждает предположение о возможности применения СД облучения при выращивании рассады;

2. Возможность создания облучателя путем набора светодиодов с различными длинами волн, а также возможность «гибкого» управления свечением диодов для получения разных соотношений энергии в поддиапазонах ФАР kB:kG:kR с одновременным снижением затрат электрической энергии делают СД облучатели привлекательными и перспективными при использовании для выращивания рассады томата в замкнутых системах.

3. Для оптимизации параметров получаемой рассады томата требуется дальнейшее изучение влияния воздействия излучения в области ФАР.


Библиографическая ссылка

Ракутько С.А., Маркова А.Е., Мишанов А.П., Ракутько Е.Н. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧИЙ В КАЧЕСТВЕ РАССАДЫ ТОМАТА, ВЫРАЩЕННОЙ ПОД ИЗЛУЧЕНИЕМ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП И СВЕТОДИОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 12-1. – С. 9-13;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=7805 (дата обращения: 19.11.2017).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252