Технология выращивания томатов на светокультуре

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 21.09.2024

Количество суммарного солнечного излучения определяет количество сахаров, вырабатываемых в листьях в процессе фотосинтеза. Чем выше количество производимых сахаров, тем больше плодов растение способно дать, и, поэтому, тем выше может быть урожай томатов.

Томат чувствителен к низкой освещенности, поскольку для цветения этой культуре необходим прямой солнечный свет на протяжении минимум 6 часов в день. Однако ввиду того, что продолжительность дня не является критическим фактором в производстве томатов, теплицы используются для выращивания томатов в очень широком диапазоне географических широт.

Если интенсивность солнечной радиации слишком высокая, может наблюдаться растрескивание плодов, солнечный ожог и неравномерная окраска при созревании. Хорошая облиственность растения обеспечивает защиту плодов от солнечного ожога.

Достаточный уровень калия и кальция способствуют поддержанию тургора клеток и ихпрочности, что делает растительную клетку более толерантной к потере воды и,следовательно, более устойчивой к солнечному ожогу.

Для выращивания томата с полностью искусственным освещением (полная светокультура) Может быть достаточно лампы ДНАТ 600 Вт на 4 м 2

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Александрова С.Н., Кудайбергенова Ж.Д., Рыбакова А.А., Незнамова Е.Г.

В работе приведены результаты обзора литературы по теме воздействия искусственных источников света на тепличные растения , в частности на томаты и обоснована методика проведения экспериментальных исследований воздействия светодиодных источников света на рост этих растений. Из литературы 4 показано, что наиболее эффективными для роста тепличных растений являются оптические спектры источника света: синий (400-500 нм), зеленый (500-600 нм) и красный (600-700 нм). Так для роста стебля и листьев томатов [5] необходимы спектры с синей и красной составляющей, а для роста и воздействия на вкусовые качества плодов необходим спектр с зелёной составляющей. Для изготовления светодиодных источников света использованы светодиоды со спектром излучения приведённым в [6, 7].

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Александрова С.Н., Кудайбергенова Ж.Д., Рыбакова А.А., Незнамова Е.Г.

Метод оценки полезности потока источников оптического излучения в светокультуре на примере рассады томата и огурца

О возможности коррекции спектра натриевой лампы с помощью светодиодного источника под требования светокультуры

ВЛИЯНИЕ ИСКУССТВЕННОГО СВЕТА НА РОСТ ТОМАТОВ

Томский университет систем управления и радиоэлектроники, г. Томск

В работе приведены результаты обзора литературы по теме воздействия искусственных источников света на тепличные растения, в частности на томаты и обоснована методика проведения экспериментальных исследований воздействия светодиодных источников света на рост этих растений. Из литературы 3 показано, что наиболее эффективными для роста тепличных растений являются оптические спектры источника света: синий (400-500 нм), зеленый (500-600 нм) и красный (600-700 нм). Так для роста стебля и листьев томатов [5] необходимы спектры с синей и красной составляющей, а для роста и воздействия на вкусовые качества плодов необходим спектр с зелёной составляющей. Для изготовления светодиодных источников света использованы све-тодиоды со спектром излучения приведённым в [6, 7].

Ключевые слова: тепличные растения, помидоры, светодиодный светильник.

В начале двадцатого века было обнаружено положительное влияние искусственного освещения на рост и развитие растений. Проведенные в 80-ых годах прошлого века эксперименты продемонстрировали, что при освещении растений длинноволновым красным светом интенсивность их роста увеличивается относительно интенсивности роста при дневном освещении [1].

В настоящее время велика значимость выращивания растений, в особенности овощных культур в искусственных условиях. Во многих районах России возделывание большинства овощей в открытом грунте затруднено или невозможно в связи с неподходящими климатическими условиями. Выращивание в теплицах, в закрытых грунтах решает эту проблему, и это играет большую роль в агрономическом секторе экономики. Для выращивания пригодных к потреблению культур требуются различные условия, такие как оптимальная температура, влажность, и одно из самых главных - освещенность.

* Студент кафедры Радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга.

* Студент кафедры Радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга. " Студент кафедры Радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга.

* Доцент кафедры Радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга, кандидат биологических наук.

Для установления оптимальной освещенности при выращивании тепличных растений играет большую роль правильный выбор источников излучения. Они должны обладать: максимальным фотосинтетическим воздействием, способствующим ускоренному росту растений, цветению, плодоношению; экономичностью - источники света должны потреблять минимум энергии; безопасностью, которая выражается в отсутствии вредного воздействия на человека [2].

Растения в процессе фотосинтеза поглощают спектр только определенных длин волн, а их спектральная чувствительность сильно отличается от чувствительности человеческого глаза [2]. Для различных растений физиологическое активное излучение, при котором происходит фотосинтез и другие процессы, находится в интервале 300-800 нм, а спектр поглощения фотосинтетической активной реакции (ФАР) - в интервале 400-700 нм. В диапазоне ФАР обычно выделяют три физиологически значимых спектральных участка: синий (400-500 нм), зеленый (500-600 нм) и красный (600-700 нм) [3].

Чтобы определить основные требования к спектрам излучающих ламп, нужно провести литературный анализ исследований о воздействии излучения разных диапазонов спектра на развитие и рост растений. Подобные исследования были проведены для разных видов растений: редиса, огурца, томатов, гороха, пшеницы. К примеру, доказано исключительное значение в достижении высокой продуктивности ценоза томата излучения в пределах 600-700 нм. Излучение в диапазонах 400-500 и 500-600 нм необходимо в незначительных количествах [3].

Синий свет (400-500 нм) - затормаживает рост стебля, корней и листа. Количество клеток, хлоропластов и уровень фотосинтеза на одну единицу поверхности листа высокое, но через малую поверхность листа даже высокая интенсивность фотосинтеза не может восполнить торможение процессов роста. При зеленом свете (500-600 нм) обычно могут формироваться вытянутые осевые органы с небольшим числом клеток и хлоропластов и очень низким уровнем фотосинтеза (на единицу поверхности листа). Продуктивность у растений остается низкая. Также действие зеленого света сопутствует снижению числа хлоропластов на единице поверхности, и это приводит к уменьшению фотосинтеза на единицу площади, падению биологической продуктивности листа и растения. При красном свете (600-700 нм, важен диапазон 625-680 нм) происходит интенсивный рост листьев и осевых органов. Низкая интенсивность или отсутствие излучения красного участка спектра приводит к формированию неполноценных дегенеративных органов, дающих низкий урожай [3].

Из результатов изучения влияния света с разными длинами волн, излучаемого лампами накаливания и люминесцентными лампами на рост и фотосинтез растений установлено, что отдельно взятый из трех основных диапазонов ФАР малопригоден для выращивания растений. Лишь излучения с

определенными соотношениями энергии в спектре или с широкополосным спектром для конкретного растения соответствует спектру поглощения ФАР листьями различных видов растений [3].

Диффузный свет более эффективен, чем прямой, поскольку распределяется лучше. Интенсивность света от вертикального источника сильно снижается после прохождения света через лист. Верхний лист получает 100 % света, лист, находящийся под верхним - 20 %, третий лист - всего 4 %. При искусственном освещении рекомендуется располагать источники света так, чтобы излучение падало под различными определенными углами. В условиях светокультуры растения развиваются как в направленном и в диффузном светопотоке. Диффузного излучения добиваются путем установки матового стекла перед источником излучения, используя другие переизлучающие или рассеивающие поверхности [4].

Спектральный состав света - важнейший фактор, определяющий скорость и качество процессов фотосинтеза и роста растений. Однако нерешенным остается вопрос о влиянии на растения томатов разных сортов светового спектрального состава [3]. Поэтому цель нашего проекта - выращивание томатов под различными видами ламп, которые отличаются по спектральному составу цвета и иным характеристикам - нахождение оптимального светового режима для выращивания томатов в тепличных и комнатных условиях для повышения их потребительских (пищевых) свойств и качеств.

емкости. Продолжается полив, подкормка, измерение влажности и освещенности помещения, проветривание помещение и рыхление почвы, даже когда появятся плоды. Первые плоды появляются через 80-100 дней после посева семян.

Исходя из результатов (форма растений, их листовых пластин и осевых органов, время цветения и плодоношения, наличие или отсутствие заболеваний и т.д.) будет проведен анализ практического воздействия каждого из видов освещения на рост и развитие растений, основанный на ежедневных наблюдениях за растениями и оценке конечного результата - появления плодов. В итоге можно будет выявить лучший из вариантов освещения и рекомендовать его для выращивания растений в теплицах и в комнатных условиях.

Таким образом, проведя эксперимент, мы ознакомимся со светокультурой растений, установим, как реагирует каждый из выбранных сортов томатов черри на определенный спектр света, проследим изменения морфологических свойств растений в ходе эксперимента, выявим самый пригодный вариант досветки (или полного освещения) растений в тепличных и домашних условиях, будет разработан оптимальный световой режим для выращивания растительных объектов в условиях искусственного освещения.

1. Астафурова Т., Лукаш В., Гончаров А., Юрченко В. Фитотрон для светодиодной досветки растений в теплицах и на дому // Полупроводниковая светотехника. - 2010. - № 3. - С. 36-38.

2. Кондратьева И.П., Валеев Р.А. Результаты опытов по влиянию спектра излучения светодиодов на меристемные растения // Энергообеспечение и энергосбережение в сел. хоз-ве. - М., 2012. - Ч. 2. - С. 212-218.

6. Вилисов А.А., Дохтуров В.В., Тепляков К.В., Солдаткин В.С. Индикаторные светодиоды для поверхностного монтажа // Полупроводниковая светотехника. - 2011. - Т. 5, № 13. - С. 50-51.

7. Вилисов А., Калугин К., Солдаткин В., Перминова Е. Белые свето-диоды // Полупроводниковая светотехника. - 2012. - Т. 4, № 18. - С. 14-17.

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.

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 k_B:k_G:k_R [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 k_B:k_G:k_R.

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 k_B:k_G:k_R = 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 k_B:k_G:k_R = 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.

Рис. 1. Спектр излучения источников

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 м 2 , а через 22 дня после пикировки – окончательная расстановка по 20 штук на 1 м 2 . 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/м 2 в день. Расход элементов питания в этой фазе составил: г, д.в./м 2 /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 , ошибки среднего S_x 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).

Актуальность. Важнейшее влияние на урожайность, сроки выращивания овощных культур в защищенном грунте и стоимость полученного урожая, кроме прихода солнечной радиации, оказывает наличие системы искусственного освещения теплиц и ее мощность. Без преувеличения можно сказать, что сегодня искусственное освещение в теплицах более эффективно, чем естественное. Так, для получения одного килограмма овощей с использованием искусственного освещения необходимо затратить 4,5-5,0 тыс. Дж/см2, а в случае естественного освещения: 5,0-6,5 тыс. Дж/см2. Это связано с тем, что при искусственном освещении в теплице создаются для растений максимально комфортные условия выращивания. Безусловно, каждая культура, каждый гибрид требуют своих параметров освещенности, поэтому не следует пытаться сформулировать, каким будет идеальное искусственное освещение. Правильное освещение подразумевает получение максимального урожая у выращиваемых растений с минимальными затратами. Повышение продуктивности растений при выращивании в условиях светокультуры происходит не только за счет увеличения мощности освещения на единицу площади теплиц, но также за счет правильно подобранных гибридов. Выращиваемый гибрид является одним из важнейших критериев как повышения его продуктивности, так и улучшения качества плодов. Но далеко не все гибриды томата, рекомендуемые селекционными компаниями к выращиванию в условиях искусственного освещения, идеально подходят к таким условиям.
Методы. Использованы методы, применяемые в агрономической науке. Информационную базу исследования составили справочные материалы специализированных изданий по исследуемой тематике (каталоги селекционных компаний); материалы, поступающие от участников рынка овощей защищенного грунта (селекционные компании, тепличные комбинаты); собственные исследования, статьи и обзоры в специализированных журналах.
Результаты. Правильно подобранные гибриды томата обеспечивают значительное повышение урожайности в теплицах, улучшение качества плодов и сбалансированную технологию выращивания в данных условиях. Представлен ассортимент рекомендуемых гибридов томата для выращивания в условиях светокультуры, сделан анализ их достоинств и недостатков, сформулированы основные требования к гибридам для этих условий.

Ключевые слова

Об авторе

Валентин Григорьевич Король - доктор с.-х. наук, главный специалист по агрономическому сопровождению

Список литературы

1. Перова В. Точки роста тепличного бизнеса. Как отмена господдержки и нестабильность цен влияют на отрасль. Райк Цваан и технологии. 2020;(3):10-15.

2. Ситников А. Рекордные показатели, несмотря на пандемию. Perfect Agriculture. Защищенный грунт. Специальный проект. 2020. 2-й квартал. С.8.

3. В России выросло потребление овощей защищенного грунта. Гавриш. 2020;(5):22-25.

5. Итоги 2020 года. Овощи защищенного грунта. Гавриш. 2021;(1):20-23.

7. Томат. Производство и потребление. Мир Теплиц. 2019;(4):16-18.

9. Перова В. Тепличные тенденции в России. Овощеводы в поисках эффективных моделей бизнеса. Райк Цваан и технологии. 2020;(3):16-20.

12. Объединенные томатной лигой. Perfect Agriculture. Защищенный грунт РФ. 2020. 2-й квартал. Спец. Выпуск. С.34-38.

13. Тосунов Д. Предложение на любой вкус: нам есть чем удивить томатный рынок. Perfect Agriculture. Защищенный грунт РФ. 2020. 2-е полугодие. Спец. Выпуск. С.19-20.

14. Король В.Г. Опадение плодов томата: причины и предупреждение. Картофель и овощи. 2014;(5):21-22.

Читайте также: