Влияние соотношения долей зеленого и красного излучения на биометрические показатели салата

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. _ИАЭП. 2015. Вып. 87._

УДК 635.5:631:581.14

А.П. МИШАНОВ; А.Е. МАРКОВА, канд. с.-х. наук;

С.А. РАКУТЬКО, доктор техн. наук; В.Н. БРОВЦИН, доктор техн.

наук; Е.Н. РАКУТЬКО

ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ ДОЛЕЙ ЗЕЛЕНОГО И КРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ САЛАТА

В статье приводятся результаты исследований влияния соотношения зеленого (kG) и красного (kR) цветов света в спектре излучателя на рост, развитие, урожайность и качество салата, выращиваемого на гидропонной установке. Выявлено, что при одинаковом уровне облученности и соотношении kG: кд =1:6 продуктивность салата выше на 22,1% по выходу сухого вещества и

на 22,8% по органическому веществу по сравнению со спектром с

2 2

соотношением kG: kR =1:0,6 и составила 81,32 г/м и 67,26 г/м соответственно, при этом отмечалась повышенная плотность листьев темно-зеленой окраски. Изменение соотношения kG: kR в спектре излучателя в сторону уменьшения ведет к увеличению накопления сухого и органического веществ в растениях салата.

Ключевые слова: светодиодные излучатели, спектр излучения, зеленные культуры, салат, защищенный грунт

A.P. MISHANOV; A.E. MARKOVA, CandSc (Agr); S.A. RAKUTKO, DSc (Eng); V.N. BROVTSYN, DSc (Eng); E.N. RAKUTKO

EFFECT OF GREEN-RED EMISSIONS RATIO ON LETTUCE BIOMETRICS

The paper considers investigation results of green (kG) - red (kR) emissions ratio in LED emitter's spectrum on the growth, development, yield and quality of lettuce cultivated in a hydroponic installation. The study revealed that under the similar exposure and kG:kR =1:6 the lettuce yield was 22.1% higher by dry matter content and 22.8% higher by organic matter content compared to kG: k^ =1:0.6, and amounted to 81,32 g/m and 67,26 g/m , correspondingly. In addition, the increased density of dark-green leaves was observed. The decreasing change in kG: kR of the LED emitter's spectrum results in higher accumulation of dry and organic matter in lettuce plants.

Key words: LED emitter, radiation spectrum, leaf vegetables, lettuce, indoor cultivation

Салат (Latuca sativa L.) является одной из наиболее выгодных в экономическом отношении культур для тепличного производства, особенно в зимний период. Ежегодная потребность в производстве салата для рынка России составляет около 15 тыс. тонн в год, причем около 70% потребности рынка приходится на импорт из других стран [1]. В связи с этим постоянно ведутся работы по изысканию путей для повышения производства культуры салата.

Существенная роль при выращивании растений салата играет спектральный состав излучения. Известно, что разные длины волн в спектре излучения оказывают и различное влияние на развитие растений салата. Экспериментально установлено, что воздействие только красного света приводит к вытягиванию растений и снижению биомассы салата [2], поэтому в спектре необходимо наличие излучения в синей области (400-500 нм) [3]. Салат, выращенный под красным светом с добавлением синего, по сравнению с салатом, выращенным только под красным светом, обладает более высокой сухой массой [4].

Зеленый свет также вызывает некоторые важные физиологические эффекты. Наличие длин волн в диапазоне 510-530 нм дополнительно с красным и синим светом способствуют росту салата [5]. Инфракрасное излучение также обладает стимулирующим действием на рост, что объясняется увеличением площади листьев и, следовательно, с увеличением падающего на растение потока [6].

В спектральном составе облучателя для культуры салата помимо наличия длин волн в различных поддиапазонах из диапазона 400-700 нм, который является фотосинтетической активной радиацией (ФАР), немаловажное значение имеет соотношение цветов в трех спектральных поддиапазонах ФАР: синего (B - blue) 400...500 нм, зеленого (G - green) 500.600 нм и красного (R - red) 600.700 нм спектре kB : kG : kR .

В настоящее время при появлении мощных светодиодов, излучающих на различных длинах волн, появилась возможность создания спектров, отличающихся количественным и качественным составом, что позволяет проводить исследования для повышения эффективности производства салата, а также предоставляет возможность управлять ростом и развитием растений, регулировать

265

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. _ИАЭП. 2015. Вып. 87._

скорость фотосинтетических процессов и сокращать сроки выращивания.

Цель исследований состояла в подборе наиболее эффективного спектра при выращивании салата гидропонным способом. Материалы и методы исследований

Исследования по выращиванию салата под светодиодными излучателями проводились в закрытом помещении без доступа солнечного света. Салат сорта Афицион листовой сортотипа «Батавия» широко используется на салатных линиях в светокультуре. Он быстро растет, имеет плотный лист, привлекательную светло-зеленую окраску, обладает ценными лечебными и диетическими свойствами. По содержанию витаминов Е (токоферола) и К (филлохенона) салат занимает первое место среди овощных культур

[7].

Досвечивание растений салата в световой комнате осуществлялось двумя светильниками с различными спектрами:

1) Спектр I - спектр, получаемый от излучения светодиодов синего, красного и белого цветов светильников от фирмы LEDEL. Использовано 5 светильников. Суммарный спектр излучения (с пиками на отдельных длинах волн) характеризовался соотношением цветов в спектре kB: kG: kß =31%:10%: 59% с наибольшей долей энергии в красном поддиапазоне с соотношением kG: kR =1:6.

2) Спектр II - спектр, получаемый от излучения восьми люминесцентных ламп OSRAM L 58W/840 Lumilux Cool White, а также светодиодов зеленого цвета LED STAR-3W GREEN (2G3E), смонтированных на алюминиевом радиаторе. Питание светодиодов осуществляется от блока питания ARS-480M-12. Регулирование яркости - с помощью регулятора мощности MP301F. Соотношение цветов в спектре kB:kG:kR =26%:47%:27% с наибольшей долей энергии в зеленом поддиапазоне с соотношением kG: kR =1:0,6.

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

поддиапазон 400-500 нм  поддиапазон 500-600 нм

Л

н

с о

И

й «

о н о

с *

о

поддиапазон 600-700 нм

70 60 50 40 30 20 10 0

Спектр I

Спектр II

Рис. 1. Спектр излучения источников

Температура воздуха в помещении на уровне 18-20 °С и относительная влажность на уровне 55-65% поддерживались в автоматическом режиме сплит-системой кондиционирования воздуха MSE 24 HRN1 и ультразвуковым увлажнителем воздуха «Вдох-Нова 3000У».

В качестве субстрата для выращивания салата использовали верховой торф низкой степени разложения (10%), кислый (рН 3,8), зольность 10%. Раскисление верхового торфа проводили агромелом с доведением кислотности до рН 6,2.

Торф заправляли макро и микроэлементами из расчета, г/кг торфа: калийная селитра (К№03) - 0,5; монофосфат калия (KH2PO4) -0,3; сульфат магния (MgS04) - 0,5 с добавлением солей В, Мо, Си, Mn.

Питательный раствор для гидропонного выращивания в замкнутом цикле готовили из набора макро- и микроудобрений, используемых в промышленном тепличном овощеводстве с доведением содержания макро- и микроэлементов в рабочем растворе, мг/л: азота - 162,5; фосфора - 28,8; калия - 231,2; кальция -107,9; магния - 26,5 и микроэлементов Мо, В, Мп, Си, Zn.

Подготовка семян к посеву включала предварительное замачивание семян в растворе регулятора роста - эпине. Затем семена

267

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. ИАЭП. 2015. Вып. 87.

раскладывали в пластиковые горшочки PR-306, заполненные торфом по 3-4 штуки на горшочек, поливали тепловой водой и выдерживали в темновом шкафу в течение полутора суток при температуре 22-24 °С и относительной влажностью воздуха 90-95%.

Далее горшочки с сеянцами переносили на рассадный стол под индукционные светильники мощностью 400 Вт с соотношение

цветов в спектре кв:ка:кд =26%:38%:36% и уровнем облученности 120

1 2

мкмоль.с- .м- . В течение 14 суток рассаду выдерживали при круглосуточном досвечивании. По мере необходимости проводили полив вручную.

На 15-е сутки от всходов горшочки с двумя настоящими

листочками переносили в «рабочую зону» и устанавливали в

культивационные желоба под спектр I и спектр II. Уровень

облученности под облучателями в течение вегетационного периода

-1 -2

роста и развития растений поддерживали на уровне 140 мкмоль.с- .м-за счет изменения высоты подвеса облучателей. Досвечивание проводили по 16 часов в сутки. Питательный раствор подавали в автоматическом режиме на каждый стол отдельно. Электропроводность ЕС и уровень рН питательного раствора корректировали ежедневно и поддерживали на уровне 1,8-2,0 мСм/см и 5,9-6,1 соответственно.

Полученные результаты и обсуждение

В результате проведенного эксперимента выращены растения салата под полностью искусственным облучением, что наиболее широко отражает действие спектра на развитие растений. Весь период вегетации составил 31 день, из них 16 дней растения находились под испытуемыми спектрами. Динамика развития листьев и нарастания массы у опытных партий растений представлены на рис.2

40

S

03

s 30 Н

20

10

Н Спектр I

Спектр II 1 88

. _ _j .  л 1 1 ; —

19 25 31

Возраст растений, дней

60 - 50

о

« 30

S 20 Я

£ 10

Спектр I

Спектр II

1

19 25 31

Возраст растений, дней

Рис. 2. Динамика развития листьев и нарастания массы у растений салата

0

0

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

Данные по определению сухого вещества, сырой золы в растениях салата, а также вынос питательных элементов в процессе выращивания представлены в табл.1 и табл.2

Таблица 1

_Содержание сухого вещества и сырой золы в растениях салата_

Спектр Масса листьев, г/горшочек Содержание сухого вещества, % Содержание сырой золы, % Выход сырой золы, г/м2 Урожайность салата, кг/м2 Выход органического вещества, г/м2

I 54,59 5,96 17,3 1,03 1,36 67,26

II 50,26 5,04 18 0,9 1,25 51,88

Таблица 2

Коэффициенты использования азота, фосфора и калия

растениями салата из питательного раствора_

Спектр Азот

о н е л § н с о д е р С Вынесено с урожаем Коэффициент использо-вания Предоставлено Вынесено с урожаемм Коэффициент использования Предоставлено Вынесено с урожаем Коэффициент использования

г/м % г/м2 % г/м2 %

I 7,84 2,38 30,35 1,82 0,35 19,23 10,65 2,02 18,96

II 7,75 2,19 28,25 1,98 0,32 16,16 10,65 1,87 17,50

В процессе роста и развития растений салата существенных различий по количеству появления листьев и нарастанию массы в вариантах опыта не отмечалось, что наглядно видно на рис.2, однако у растений, выращенных под Спектром I наблюдали темно-зеленую окраску листьев с повышенной плотностью, что не свойственно внешними признакам для сортотипа «Батавия». Усиление фотобиологических процессов при использовании аналогичного спектра излучения наблюдается и у растений томата и огурца [8]. При одинаковом уровне облученности продуктивность салата под Спектром I выше на 22,1% по выходу сухого вещества и на 22,8% по органическому веществу, по сравнению со Спектром II и составила 81,32 г/м2 и 67,26 г/м2 соответственно. Содержание сырой золы в

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов. _ИАЭП. 2015. Вып. 87._

сухом веществе растений салата под Спектром I составило 17,3%, под Спектром II - 18%.

Коэффициенты использования азота, фосфора и калия у растений на конец опыта в обоих вариантах оставались низкими (см. табл.2), что характерно для водной гидропонной культуры салата [9]. Водопотребление растениями под Спектром I было ниже, чем у растений под Спектром II (12,12 л/м2 против 12,78 л/м2).

Содержание нитратного азота в продукции салата под Спектром I составило 3294, 6 мг/кг и под Спектром II - 3174,5 мг/кг, что не превышает нормы ПДК по нитратам (4000 мг/кг) [10] выращенного салата в укрытиях с апреля по сентябрь.

Возможность оптимизации спектрального состава источника облучения для салата в закрытых помещениях позволит не только повысить продуктивность салата, но и снизить содержание нитратного азота в продукции.

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования показали, что продуктивность салата, выращенного при отсутствии солнечной радиации под спектром с соотношением энергии потока в спектральных поддиапазонах kB: kG: kß =31%:10%:59% (kG: kß =1:6) выше на 22,1% по выходу сухого и на 22,8% органического вещества по сравнению со спектром kB:kG:kR =26%:47%:27% (kG:kR =1:0,6). Изменение соотношения kG: kR в спектре излучателя в сторону уменьшения при соответствующей доли в синем поддиапазоне ведет к увеличению накопления сухого и органического веществ в растениях салата.

Проведенные экспериментальные исследования позволяют выявить дальнейшие направления при разработке источников излучения, способных снизить затраты электроэнергии на производство продукции салата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Салат - самая выгодная овощная культура. Аналитический обзор об агротехнике, развитии отрасли и рыночных перспективах культуры / [Электронный ресурс]. Режимдоступа: URL: http://www.agroxxi.ru (датаобращения: 03.04.2012).

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

2. Hoenecke M.D, Bula R.J., Tibbitts T.W. Importance of 'blue' photon levels for lettuce seedlings grown under red light-emitting diodes // HortScience. 1992. № 27. P. 427-430.

3. Bula R.J., Morrow R.C., Tibbits T.W., Barta R.W., Ignatius, R.W. & Martin T.S. Light emitting diodes as a radiation source for plants // HortScience. 1991. № 26. P. 203-205.

4. Yorio N.C., Goins G.D., Kagie H.R. Improving spinach, radish, and lettuce growth under red light-emitting diodes (LEDs) with blue light supplementation // HortScience. 2001. № 36. P. 380-383.

5. Kim H.H., Goins G.D., Wheeler R.M. & Sager J. C. Green-light supplementation for enhanced lettuce growth under red- and blue-light-emitting diodes // HortScience. 2004. № 39. P. 1617-1622.

6. Kubota C., Chia P., Yang Z. & Li, Q. Applications of far-red light emitting diodes in plant production under controlled environments // Acta Horticulturae. 2012. № 952. P. 59-66.

7. Антипова О.В. Немного о культуре салата // Теплицы России. 2009. №4. С. 39

8. Ракутько С.А., Маркова А.Е., Судаченко В.Н., Колянова Т.В. Определение эффективности светодиодных источников облучения при выращивании рассады томата и огурца // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: Сб. науч. тр. / ГНУ СЗ НИИМЭСХ Россельхозакадемии. Вып.84. СПб.,2013.С. 82-89.

9. Ващенко С.Ф. Система питания огурца // Овощеводство защищенного грунта. Изд-во «Колос» М.: 1974. С. 108.

10. Цыденданбаев А.Д. Новые ПДК для нитратов в ЕС // Мир теплиц. 2006. №11. С. 10.