Проведено порівняльне вивчення морфофизиологических особливостей росту і розвитку рослин в пристрої з рівномірною підсвічуванням від напівпровідникових джерел червоного світла (фітотрон). Показано прискорення росту овочевих культур під впливом підсвічування червоним світлом.
На початку XX століття було помічено сприятливий вплив штучного освітлення на ріст рослин. Експерименти, проведені на Землі і в космосі на початку 80-х років минулого століття, показали, що при висвітленні рослин довгохвильовим червоним світлом з енергетичним потоком Фе = 3 × 10 -2 Вт інтенсивність їх росту збільшується в порівнянні з ростом при денному освітленні [1 ]. Нестабільний рівень природного освітлення в осінній і зимовий періоди лімітує розвиток птиці, тварин і зростання овочевих культур, що, природно, знижує їх продуктивність.
Відомо, що при низькій освітленості найбільш ефективно проявляється фоторегуляторное дію світла, енергія якого використовується переважно для перемикання метаболічних шляхів, які починають функціонувати з великим коефіцієнтом посилення. Досветка овочевих культур в певній галузі спектра дозволяє істотно підвищити їх урожайність. В технології досвітки є високоінтенсивні і низкоинтенсивние методики, при яких не відбувається нагрівання оброблюваних об'єктів. При цьому для мінімізації витрат енергії надзвичайно важливо знати аспекти взаємодії випромінювання з об'єктом. Цікавим видається когерентне і некогерентного збудження від системи декількох малопотужних джерел.
В даний час властивості біооб'єкту як приймача сонячного світла (електромагнітного випромінювання) описані в деталях на атомномолекулярном рівні як в популярних, так і в серйозних наукових журналах і монографіях [2-4]. Найбільш важливими складовими частинами фотосинтетичного апарату є: светособірающая антена, фотохімічний реакційний центр і ланцюг транспорту електронів. Цікавий запропонований З. Г. Фетісової і потім експериментально підтверджений метод математичного моделювання принципу оптимізації функціонування світлозбиральних структур як приклад здатності клітин до кооперативному вирішенню завдань їх існування. Необхідно запропонувати підхід для пошуку оптимальних спектральних складів опромінення для структури рослини як складного біологічного об'єкта зі змінною за часом і в просторі геометрією, але функціонуючого постійно за місцем розташування.
Метою даної роботи було дослідження впливу світлодіодним досвітки рослин червоним світлом в пристрої, що забезпечує рівномірне підсвічування (фітотроні), проведення порівняльного вивчення морфофизиологических особливостей росту і розвитку рослин в фітотроні і використання отриманих результатів в плівкових теплицях.
Розроблюваний комплекс по досвітки овочевих культур призначений для забезпечення регульованого по спектрального складу і інтенсивності додаткового освітлення овочевих культур, що вирощуються в тепличних умовах. В даний час можна отримувати світло різних ділянок спектра за допомогою напівпровідникових пристроїв [5], що дають майже монохроматичне пучок в певній спектральної смузі. Для рослинництва важливими і цікавими є пристрої червоного світла. У виробничих і в лабораторних умовах використовувалися напівпровідникові джерела червоного світла з довжиною хвилі 660 ± 15 нм, що підвищує інтенсивність фотосинтезу і регулює активність фітохромной системи [6, 7]. Потрібно забезпечити створення ефективного низьковольтного електрообладнання у вигляді керованих багатохвильових систем освітлення нового покоління. Порівняльна оцінка існуючих методів приведена в табл. 1.
Установки складаються з модулів, призначених для вирішення самостійних завдань по досвітки і підключаються в технологічну схему в залежності від необхідності їх застосування (параметрів впливу і пропонованих вимог до процесу досвітки, площі і т. П.).
Таблиця 1. Порівняння існуючих методів досвітки рослин
Основні
технічні
Характеристики
системи
КОП2-001-УХХЛ4
«Светотрон»
установка
ОТ-400 МІ-045.У5
Для домашніх (лабораторних) умов передбачається створення невеликих і, отже, порівняно недорогих секцій фітотронах з поперечними розмірами приблизно 25.54 см 2. Цей пристрій буде базовою секцією, конструкція якої забезпечить можливість стикування необхідної кількості секцій для створення фітотронах з великою площею досвітки, необхідної в виробничих умовах. Для регулювання світлового потоку - головним чином в промислових умовах - світлодіодний комплекс досвітки забезпечується електронним блоком живлення і управління. Для побутових застосувань (наприклад, вирощування розсади в домашніх умовах) передбачається використовувати спеціалізований блок живлення.
У порівнянні з існуючими пропоновані установки мають наступні переваги:- забезпечують безперервну комплексну і довготривалу досветку;
- здатні працювати в режимі контролю технологічного процесу досвітки (регулювання інтенсивності і спектру опромінення);
- мають модульну конструкцію;
- не вимагають постійного контролю за режимом досвітки;
- мають малу питому енергоємність (один світловий модуль опромінення споживає близько 6 Вт);
- мають компактні масогабаритні показники при порівняно великий продуктивності;
- відрізняються мобільністю, розміщені на легкої підвісці;
- швидко монтуються за рахунок функціонально самостійних модулів;
- не вимагають попередньої інженерностроітельной підготовки площі під розміщення.
Схема фітотронах, використовувана при розрахунках, наведена рис. 1. На кришці закріплені напівпровідникові джерела червоного світла (довжина хвилі 660 нм), що випромінюють на поверхню грунту, насипаної в «кошик», потоки Ф1, Ф2 і Ф3. Освітленість поверхні або рослин можна змінювати за допомогою телескопічних кронштейнів, збільшуючи або зменшуючи висоту джерел світла щодо рівня поверхні «кошика».
Мал. 1. Схема для розрахунку фітотронах: 1 - кришка; 2 - телескопічні кронштейни; 3 - «кошик»
Для отримання позитивного ефекту достатньо енергетичного потоку Фе = 3? 10-2 Вт, що відповідає світловому потоку Ф = 1,53 лм, тому на поверхні грунту в «кошику» потрібно створити освітленість Е = 1,53 лм / м2. Для визначення параметрів і кількості напівпровідникових джерел світла використовувався точковий метод. Просторова освітленість в кожній зоні світлового потоку від джерела світла, що знаходиться під кутом. до перпендикуляру до поверхні грунту, визначається виразом
Е = (I × сos # 945;) / l 2.
де I - сила світла джерела під кутом # 945 ;, l - висота джерела над рівнем грунту в «кошику».
Відстань між сусідніми джерелами світла визначається з умови рівномірності засвічення поверхні від двох сусідніх джерел світла. Крайня зона виноситься з «кошика». Прийняті розміри: ширина кошика 25 см, довжина - 54 см, висота розташування джерел світла - 25 см.
У програмі MathCad складена модель розрахунку фітотронах, яка дозволяє оптимізувати його параметри. Результати були проаналізовані на достовірність і зіставлені з результатами, отриманими за допомогою програми для розрахунку рівня освітленості Dialux.
Розрахунок для такого фітотронах показує, що для створення необхідної освітленості (енергетичного потоку) потрібно 18 напівпровідникових джерел червоного світла з осьовою силою світла не менше 0,25 Кд і повним кутом розходження світлового пучка не менше 40 °. Джерела світла розташовані еквідистантно на висоті 25 см від поверхні грунту в «кошику».
Таблиця 2. Вплив світла напівпровідникових джерел (червоний, 660 ± 15 нм) на морфометричні характеристики 12-денних рослин огірка
Кількість листів,
штук
Висота рослини,
см
Площа асиміляційної
поверхні, см 2
Таким чином, під час падіння інтенсивності природного світла (осінь-зима) або в умовах штучного освітлення досветка рослин червоним світлом низької інтенсивності з використанням напівпровідникових джерел світла є сприятливою для зростання і розвитку рослин.
- Проведені дослідження показують, що морфологічні зміни помітні тільки при опроміненні цілісного рослини. Це підтверджує біоінформаційний характер низкоуровневого, нетеплового впливу на об'єкт як складну систему, що самоорганізується.
- Таким чином, під час падіння інтенсивності природного світла (осінь-зима) або в умовах штучного освітлення досветка рослин червоним світлом низької інтенсивності з використанням напівпровідникових джерел світла є сприятливою для зростання і розвитку рослин.
література
Інші статті на цю тему:
Якщо Ви помітили будь-які неточності в статті (відсутні малюнки, таблиці, недостовірну інформацію і т.п.), прохання повідомити нам про це. Будь ласка вкажіть посилання на сторінку і будьте готовими описати проблему.