Text
                    

В. М. Леман НУРС СВЕТОКУЛЬТУРЫ РАСТЕНИЙ Допущено Главным управлением высшего и среднего сельскохозяйственного образования Министерства сельского хозяйства СССР в ка- честве учебного пособия для студентов вузов и слушателей факультетов повышения квали- фикации высших сельскохозяйственных учебных заведений ИЗДАНИЕ 2-е, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1976
631 Л 44 Леман В. М. Л44 Курс светокультуры растений. Изд. 2-е, перераб. и доп. Учеб, пособие для с.-х. вузов. М., «Высш, школа», 1976. 271 с. с ил. в табл. Библпогр.; с. 268—269. В книге даны теоретические основы и практические методы выра- щивания растений с помощью искусственного облучения. Показаны пути изучения физиологических процессов в лабораториях и фитотронах; освещены возможности интенсификации тепличного производства и ра- ционального использования электрической энергии. Книга значительно расширяет существующие представления о фотобиологии растений и со- временных источниках их облучения. Первое издание вышло в 1961 г. Предназначена для студентов сельскохозяйственных вузов. Может использоваться студентами биологами университетов и широким кругом специалистов сельского хозяйства. 40205-210 Л --------------85-76 001(01)-76 631 (g) Издательство «Высшая школа», 1976 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящая книга — первое учебное пособие по курсу «Светокультура растений». Этот курс рассчитан на сту- дентов сельскохозяйственных институтов — овощеводов, селекционеров и специалистов по электрификации сель- ского хозяйства. Кроме того, книга может быть исполь- зована на биологических факультетах университетов и педагогических институтов. Курс светокультуры растений, а также отдельные его разделы читаются в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева, Московском институте инженеров сельскохозяйственного производства, Ленин- градском сельскохозяйственном институте и ряде других вузов. Возникновение этого курса вызвано необходимостью подготовки на современном уровне науки агрономов и биологов, призванных решать грандиозные задачи по развитию социалистического сельского хозяйства. Книга включает отдельные сведения по физиологии растений (фотосинтез, рост), метеорологии (актинометрия), физи- ке (оптика, светотехника, электротехника), агрономии (овощеводство, цветоводство) и другим наукам. Наряду с положениями и рекомендациями, прочно во- шедшими в практику колхозов и совхозов, в пособии приведены результаты исследований некоторых научных учреждений, которые подсказывают новые возможные пути интенсификации производства и рационального ис- пользования электрической энергии при искусственном облучении растений. Создание этого курса было бы невозможно без боль- шой помощи коллективов кафедры физиологии растений и лаборатории искусственного климата Московской сель- скохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева, кото- рым автор приносит самую сердечную благодарность. За годы, прошедшие со времени выхода первого из- дания настоящего курса (19G1), в светокультуре расте- ний произошло много изменений: значительно расшири- 3
лись наши представления о фотобиологии растений, поя- вились новые источники их облучения, получила широкое распространение система измерений (СИ). Все это по- требовало значительной переработки материала: введе- ния нового, исключения устаревшего и, главное, измене- ния структуры курса. Глава «Экономика светокультуры», а также прило- жение 2 написаны инженером-конструктором лаборато- рии искусственного климата сельскохозяйственной ака- демии им. К. А. Тимирязева О. С. Фанталовым. Автор будет искренне благодарен всем читателям за присланные критические замечания. Автор
ВВЕДЕНИЕ Светокультурой растений называется дисциплина, изучающая теоретические основы и методы выращивания растений с помощью искусственного облучения. Искусст- венное облучение широко применяется в тепличных хо- зяйствах колхозов и совхозов, а также при теоретических исследованиях по физиологии растений, биофизике, гене- тике, селекции и другим наукам, занимающимся изуче- нием различных представителей растительного мира. Работы советских ученых по широте поставленной проб- лемы и количеству исследований в области светокульту- ры занимают ведущее место в мировой науке. Возможность и экономическая целесообразность ис- кусственного облучения подтверждена исследованиями, проведенными за последние полвека советскими и иност- ранными учеными, а также опытом передовых хозяйств. В настоящее время в основном разработаны практиче- ские приемы выращивания ранней рассады и зимней культуры овощных растений с помощью искусственного облучения. Значительное расширение площадей закрыто- го грунта позволяет получить значительные урожаи ово- щей. До настоящего времени теплицы в средней полосе и на севере СССР часто используются нерентабельно, так как наиболее ценная овощная продукция (томаты и огурцы) поступает из них лишь в марте — июне и сен- тябре— октябре. В осенне-зимние месяцы (ноябрь — март), когда потребность в этих овощах особенно вели- ка, почти все тепличные хозяйства ограничиваются вы- ращиванием менее ценной продукции (лук на перо, пет- рушка, сельдерей и др.). Если учесть высокую стоимость 1 м2 теплицы, то очевидна нецелесообразность использо- вания столь дорогостоящих сооружений только 5—6 ме- сяцев в году. Низкий уровень естественной облученности в тепли- цах и короткий зимний день не удовлетворяют потреб- ности растений в лучистой энергии. Поэтому несмотря на обеспеченность теплом, влагой, хорошим корневым пита- 5
нием и углекислотой, рассада, выращиваемая из семян, посеянных в декабре—январе, бывает хилой и вытянутой. Взрослые же растения, выращиваемые в октябре—фев- рале, плохо цветут и обычно совсем не дают урожая. Для того чтобы вырастить полноценные растения зимой или хорошую рассаду ранней весной, необходимо к естест- венному излучению добавлять искусственное. Особенно важное значение светокультура имеет в рай- онах Крайнего Севера и Арктики. За годы советской вла- сти в северных районах возникли крупные промышлен- ные центры с десятками тысяч жителей — Норильск, Вор- кута, Ухта и многие другие. Значительно возросло число полярных зимовок и экспедиций в высоких широтах. Для лучшей акклиматизации человек должен получать доста- точное количество овощей, богатых витаминами. Выра- стить их на месте можно только с помощью искусствен- ного облучения. Быстрое развитие исследований по выращиванию ра- стений в контролируемых условиях для решения научных и практических задач (фитотроны, станции искусствен- ного климата) невозможно без знания реакции растений на различные параметры оптического излучения. Введение в строй в ближайшие годы большого коли- чества электростанций и быстрое развитие электронной и электротехнической промышленности создали матери- ально-техническую базу для широкого внедрения мето- дов светокультуры. Это дает возможность заняться раз- решением таких вопросов, как подбор и создание сортов растений, дающих наибольший урожай в теплицах при дополнительном облучении; разработка специальной агротехники; улучшение систем облучения растений; усо- вершенствование арматуры и т. д. Несмотря на большие успехи светокультуры овощных растений и опыт, накопленный передовыми хозяйствами, метод искусственного облучения растений не получил еще должного распространения. Многие работники сель- ского хозяйства, а также биологи из исследовательских учреждений, вузов и школ еще плохо представляют, что такое светокультура растений и каковы ее возможности в каждой отдельной области. Такое положение объяс- няется отчасти отсутствием пособий по этой проблеме. Вышедшие несколько лет назад монографии и брошюры не отвечают полностью поставленной задаче, так как рас- считаны на узкий круг специалистов.
ГЛАВА ПЕРВАЯ КРАТКАЯ ИСТОРИЯ СВЕТОКУЛЬТУРЫ РАСТЕНИЙ Историю светокультуры растений можно разделить на два периода. Первый период продолжался с 1865 г. до середины 60-х годов нашего столетия. Особенность этого периода — относительно малое знание потребности ра- стений в излучении (его спектральном составе, величи- не облученности и продолжительности облучения в тече- ние дня) и отсюда в значительной степени эмпирический подход к решению вопросов, связанных с искусственным облучением. Как логическое следствие такого положения долгое время развитие и прогресс светокультуры расте- ний определялись в. основном развитием физики и про- грессом в светотехнической промышленности. Первый период создания и развития светокультуры растений, в свою очередь, можно разделить на три этапа в зависимости от применяемых источников искусствен- ного излучения. На первом этапе (1865—1922) источниками искус- ственного излучения были керосиновые лампы, газовые горелки, угольные дуги и небольшие лампы накаливания. Такие несовершенные источники искусственного излуче- ния позволяли изучать только отдельные физиологиче- ские процессы у низших и высших растений в лабора- торных условиях и выращивать растения в небольших экспериментальных установках., На втором этапе (1922—1940), когда для облучения растений стали пользоваться мощными лампами накали- вания (Гарвей, 1922; Максимов, 1925) и некоторыми ти- пами небольших газоразрядных ламп (ртутных, неоно- вых, натриевых), светокультура растений вышла за пре- делы исследовательских учреждений и стала применять- ся (правда, еще очень ограниченно) в производственных теплицах. 7
Третий этап начался в 1940 г. с применения газораз- рядных ламп. Эти лампы позволили выращивать расте- ния в любое время года не только в лабораториях, но и в тепличных хозяйствах колхозов и совхозов. За последние годы знания по светофизиологии расте- ний значительно расширились и биологи теперь уже име- ют достаточно данных, чтобы составлять технические за- дания на изготовление специальных видов ламп для об- лучения растений, так называемых фитоламп. В настоя- щее время наблюдается постепенный переход от использования ламп, созданных светотехниками для раз- ных целей, к лампам и облучателям, имеющим оптиче- ские и технические параметры, соответствующие требо- ваниям растений. Таким образом, в развитии светокуль- туры растений с середины 60-х годов XX в. начался но- вый период, характерная особенность которого — более детальное знание потребностей растения в лучистой энер- гии и тесная связь физиологии и агрономии с физикой и светотехникой. Первые систематические опыты по изучению действия искусственного излучения на растения были проведены свыше 100 лет назад (1865) русскими ботаниками А. С. Фаминциным и И. П. Бородиным. Источником из- лучения им служили керосиновые лампы, смонтирован- ные в специальный прибор, имеющий рефлектор и линзу. Несмотря на низкую облученность, они изучили ряд фи- зиологических процессов, происходящих в растениях под действием облучения (образование крахмала, рост про- ростков и выделение углекислоты листьями высших ра- стений). Впервые было показано, что для растений от- сутствует принципиальная разница между искусственным и естественным излучением. Позднее данное положение четко сформулировал К. А. Тимирязев. В статье «Возможна ли культура при электрическом свете»1 он указал, что коренного, каче- ственного различия между действием электрического и солнечного света не существует. В развитие этой идеи инженер Сименс (1881—1882) провел ряд успешных опытов по выращиванию зимой го- роха, малины, земляники и винограда. Все эти культуры росли в теплице, где днем было естественное освещение, 'Тимирязев К. Л. Соч., т. III, 1937, стр. 318. 8
а ночью только излучение двух дуговых фонарей. Корот- коволновое ультрафиолетовое излучение устранялось экраном из стекла. По размерам, вкусу, окраске и аро- мату плоды этих культур превосходили те, которые были получены в теплице без дополнительного облучения. Несколько позже (1895) электрическая дуга была с успехом использована известным французским ботани- ком Боннье. Он проращивал семена, корневища и клубни травянистых растений, а также культивировал горшеч- ные экземпляры древесных пород. Часть растений облу- чалась круглосуточно, а другие только 12 ч (с 6 ч утра до 6 ч вечера). Наблюдая строение органов и тканей у различных растений, Боннье впервые установил явление «зеленой этиоляции», т. е. такое упрощенное развитие органов тканей, которое обычно характеризует растения, выращенные в темноте. В конце прошлого века при лабораторных исследова- ниях фотосинтеза во многих случаях применялась газо- вая горелка Ауэра. В настоящее время некоторые иссле- дователи вновь возвращаются к мысли об использовании газа, предполагая, что одновременно с облучением расте- ния будут снабжаться добавочной углекислотой. Однако практически это выполнить очень сложно, так как, поми- мо трудностей, возникающих при создании излучения высокой интенсивности и необходимого спектрального состава, нужно еще решить проблему очистки воздуха от вредных газовых примесей, которые вызывают наруше- ние физиологических процессов и ненормальное разра- стание отдельных органов. В начале 20-х годов нашего века Р. Гарвей, О. Муне- ратти и Н. А. Максимов впервые вырастили в темной камере, без доступа естественного излучения растения «от семени до семени». Источником излучения были воль- фрамовые лампы накаливания. При круглосуточном об- лучении были получены зрелые семена пшеницы, ржи, овса, льна и гречихи. Более светолюбивые культуры — тыква, томаты и картофель — развивались только до цве- тения. Глубокие многолетние исследования, начатые во Все- союзном институте растениеводства, явились основой широкого применения искусственного облучения как при теоретических исследованиях без естественного света, так и в сельскохозяйственной практике (Максимов, 1925, 1933, 1934, 1935). 9
Предложение Н. А. Максимова (1933, 1934) приме- нять искусственное облучение на контрольно-семенных станциях для ускоренного выращивания сельскохозяйст- венных культур широко использовали и используют как в СССР, так и за рубежом. В дальнейшем Н. А. Макси- мов приложил много труда для развития светокультуры древесных растений и организации станций искусствен- ного климата, где растения выращивают без естественно- го излучения при определенных, заранее намеченных па- раметрах облучения (Максимов, Леман, 1946; Максимов, 1955). Вскоре после классических опытов Н. А. Максимова в электротехнической лаборатории Сельскохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева (ТСХА) под руководст- вом Н. А. Артемьева и при участии Е. Д. Королькова, М. С. Калинина и Н. И. Гаврилова были выполнены ис- следования по выращиванию растений при искусствен- ном облучении. Растения выращивали в специальных камерах, названных авторами люминостатами. Источни- ком излучения служили 500-ваттные лампы накаливания. Температуру воздуха регулировали при помощи автомо- бильных радиаторов, через которые протекала холодная вода. Люминостаты, где выращивали от семени до плодо- ношения огурцы, овес, вику и многие другие сельскохо- зяйственные растения, можно считать непосредственными предшественниками современных лабораторий искусст- венного климата и фитотронов, число которых быстро увеличивается как в СССР, так и в других странах. Немного позднее искусственное излучение начали при- менять и в теплицах. Так, на Овощной опытной станции ТСХА дополнительное облучение растений лампами на- каливания позволило изучить фотопериодическую реак- цию у салата, редиса и шпината, фотосинтез у цветной капусты, а также ускорить выращивание ранней расса- ды, огурцов и томатов. Урожай томатов и огурцов при дополнительном облучении растений в осенне-зимние ме- сяцы значительно повышался. В 1929 г. по светокультуре растений была выпущена большая монография шведского исследователя С. Одена. В этой работе были сопоставлены данные об естествен- ном излучении, искусственных источниках света и мето- дах измерения их излучения для биологических целей. Применяя различные лампы и изменяя напряжение то- ка, Оден сделал попытку изучить влияние спектрального 10
состава излучения на биохимический состав растений. При этом он измерял интегральную облученность с по- мощью пиранометра и выражал ее в энергетических еди- ницах. Долгое время этот способ измерения не применя- ли. Только в последние годы физиологи растений опять начали измерять лучистую энергию в абсолютных еди- ницах с учетом спектрального состава излучения. С 1932 г. под руководством Н. А. Максимова нача- лись опыты В. П. Мальчевского по светокультуре в Физи- ко-агрономическом (ныне Агрофизическом) институте ВАСХНИЛ в Ленинграде. Пользуясь исключительно ис- кусственным облучением (лампы накаливания и неоно- вые), он изучил возможности выращивания 165 сортов различных сельскохозяйственных культур. Большинство из них сократили вегетационный период на 25—50%, со- хранив или даже повысив урожаи. Пользуясь этим мето- дом, можно получать за год 6—7 урожаев яровой пшени- цы, 4—5,— льна, 3 — томатов, 4 — проса, 7 — гречихи и т. п. Особенно эффективно действовало непрерывное облучение на древесные породы — лиственницу, ель и березу. В. П. Мальчевский предложил методику «свето- вых» ударов, т. е. периодического кратковременного об- лучения растений сильным светом (до 20 клк). Однако несмотря на благоприятные результаты первых опытов, этот прием пока не получил распространения. С послевоенных лет этой лабораторией руководит Б. С. Мошков, который привлек к исследованиям по све- токультуре, кроме биологов и агрономов, физиков и ин- женеров (Мошков, 1966). В лаборатории разрабатываются методы- быстрого (за 60 дней) выращивания томатов в установке с водяны- ми фильтрами, новые способы измерения температуры листьев и транспирации, изучается действие инфракрас- ного излучения, актиноритмическая реакция разных ра- стений и другие вопросы светофизиологии. Действие дополнительного облучения на цветочные культуры в СССР изучал Н. П. Красинский (1937). Пользуясь лампами накаливания и искусственно повы- шая содержание углекислоты в воздухе, он нашел новые пути в совершенствовании технологии выращивания цве- тов зимой. Многие промышленные цветочные культуры в его опытах цвели на 3—-4 месяца раньше обычного, т. е. в декабре вместо марта—апреля. Сократились сроки вы- гонки цветов, что позволило в несколько раз увеличить 11
пропускную способность оранжерей. Резко повысилось качество продукции. В послевоенное время большие опыты с новыми источ- никами излучения были проведены в Измайловском цве- точном комбинате (Москва) Е. В. Лебедевой (1956). В настоящее время светокультура цветочных растений успешно исследуется в секторе зеленого строительства Академии коммунального хозяйства Т. М. Алейниковой (1973). В СССР в послевоенный период благодаря совмест- ным усилиям С. И. Вавилова и Н. А. Максимова опыты с люминесцентными лампами были поставлены А. Ф. Клеш- ниным в Институте физиологии растений АН СССР. Его дальнейшие эксперименты и теоретические исследования дали большой материал для физиологических основ све- токультуры растений. В обширной монографии «Расте- ние и свет» (1954) А. Ф. Клешнин рассмотрел и обобщил литературу по разным вопросам светокультуры, а также привел результаты собственных исследований. В этой работе дана подробная физиологическая характеристика различных источников излучения, предложены методы измерения и расчета интенсивности физиологически ак- тивного излучения и измерения температуры листьев. В последующие годы им изучались оптические свойства листьев растений и были даны некоторые рекомендации сельскому хозяйству. После долгого перерыва, в 1944 г., под руководством Н. А. Максимова были возобновлены исследования по светокультуре растений в ТСХА. На кафедре физиологии растений выращивали различные древесные растения при круглосуточном облучении лампами накаливания, что значительно ускорило их рост и наступление физио- логической зрелости (Леман, 1946—1950). С организацией в ТСХА в конце 1950 г. лаборатории искусственного климата, руководимой И. И. Гунаром, начались планомерные исследования по созданию опти- мальных условий искусственного облучения растений в теплицах. Основным объектом изучения стали овощные культуры — томаты, огурцы, салат, редис и др. Было изучено действие большинства современных электриче- ских ламп и рекомендованы новые источники излучения как для исследовательских целей, так и для производст- венных теплиц (люминесцентные лампы, ДРЛ, ДРЛФ, ксеноновые и др.). При этом были исследованы анатоми- 12
ческие, морфологические, фенологические и физиологиче- ские показатели растений как однократно, так и в дина- мике. Особое внимание было обращено на фотосинтез, дыхание, накопление пигментов и поглощение искусствен- ного излучения листьями разных культур в процессе онто- генеза (Леман и др., 1950—1974). Высокая эффективность дополнительного облучения рассады овощей установлена многочисленными исследо- ваниями, проведенными в производственных теплицах. Еще Е. Д. Корольков (1929) и Н. П. Родников (1929), а затем В. М. Марков (1936) установили прямую зависи- мость между величиной искусственной облученности рас- сады и величиной урожая. В 1932—1934 гг. В. А. Брызга- лов и М. И. Русин отметили более раннее плодоношение огурцов при дополнительном облучении их рассады. В дальнейшем рентабельность этого нового агротех- нического приема подтвердилась рядом исследований. Используя разнообразные источники и приемы искусст- венного облучения, удалось создать новую агротехнику и новую технологию выращивания овощных культур в закрытом грунте, а также внести большой вклад не толь- ко в практику, но и в теорию светокультуры растений. Искусственное облучение растений получило широ- кое применение при теоретических исследованиях по раз- личным разделам физиологии растений. За последние годы в СССР и других странах было опубликовано много работ, позволяющих приступить к разработке теории све- токультуры. В первую очередь к ним относятся исследо- вания по фотосинтезу, образованию пигментов, поглоще- нию лучистой энергии, морфологии, органогенезу и дру- гим проблемам фотофизиологии растений. Говоря о возможностях светокультуры, необходимо подчеркнуть, что искусственное облучение растений не может быть заменено каким-либо другим приемом или способом выращивания, так как нормальное углеродное питание и формирование растений под действием опти- ческого излучения—-одна из основ их существования и получения урожая. В то же время светокультура может повысить эффективность других агротехнических прие- мов, например гидропоники, создающей лучшие условия корневого питания. Сочетание светокультуры и гидро- поники позволяет создать новую, индустриальную техно- логию выращивания овощей с применением автоматики и практически без повседневного участия человека. 13
Введение в строй большого количества электростан- ций и быстрое развитие светотехнической промышленно- сти создают материальную основу для широкого разви- тия исследований и внедрения методов светокультуры ра- стений в различные области народного хозяйства. В настоящее время проблемы светокультуры и свето- физиологии растений исследуются во многих научных центрах. В СССР — в Институте физиологии растений АН СССР, Институте биофизики АН СССР, Институте фотосинтеза АН СССР, Агрофизическом институте ВАСХНИЛ, ТСХА, МИИСП, МГУ, Всесоюзном инсти- туте электрификации сельского хозяйства ВАСХНИЛ, Институте сельского хозяйства Крайнего Севера, Инсти- туте физики СО АН СССР и ряде других научных уч- реждений. В США — это опытный центр в Белтсфилде, фитотрон в Пасадене, климатрон в Сан-Луисе, бпатрон в Чикаго; во Франции — фитотрон в Жив-сюр-Иветт; в Голландии лаборатория фирмы Филипс и фитотроны в Вагенинге- не; в Бельгии — Льежский фитотрон; в ГДР — Институт овощного хозяйства в Гроссбиирне; в Швеции — Упсаль- ский университет; в Англии — университет и опытная станция Исследовательской электрической ассоциации в Ридинге и многие другие. Хорошо известно успешное применение дополнитель- ного облучения овощей в совхозах «Московский», «Мар- фино», «Тепличный», «Белая дача» (Московская об- ласть); в хозяйствах фирмы «Лето» (Ленинград); в Риж- ском, Минском, Челябинском, Воркутинском, Мурман- ском и других теплично-парниковых комбинатах, а также во многих колхозных и совхозных теплицах нашей стра- ны. С 1952 г. регулярно созываются совещания по свето- культуре растений как в СССР, так и за рубежом. В СССР Первое всесоюзное совещание по светокультуре растений было в начале 1952 г. по инициативе Института физиологии растений АН СССР и Министерства сельско- го хозяйства СССР. Вопросы светокультуры растений детально обсужда- лись и на неспециальных совещаниях: Второй всесоюзной конференции по фотосинтезу (1957), Совещании по воп- росам измерения оптического излучения для целей агро- метеорологии, физиологии и экологии растений (1960), Первом всесоюзном совещании по выращиванию расте- 14
ний без почвы (1963), Совещании по фотосинтезу при ВАСХНИЛ (1967), Конференции по фотоэнергетике ра- стений (1974) и др. Наконец, отдельные доклады по искусственному об- лучению растений были на международных конгрессах по фотобиологии, садоводству и ботанике. Исследования по светокультуре включены в Международную биологи- ческую программу. Краткий обзор современного состояния проблемы ис- кусственного облучения растений показывает, что среди биологических и сельскохозяйственных наук светокульту- ра растений занимает теперь прочные позиции и как тео- ретическая дисциплина, и как прогрессивный агротехни- ческий прием, способствующий дальнейшей интенсифи- кации сельского хозяйства. Использование искусственно- го облучения не только дает «два колоса там, где рос один», но и позволяет собрать урожай там, где не росло ничего.
ГЛАВА ВТОРАЯ ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ Измерение лучистой энергии, падающей на растения и поглощаемой ими, исключительно важно для физиоло- гии растений и особенно для светокультуры растений. Однако до настоящего времени нет приборов или мето- дов, которые позволяли бы в абсолютных энергетических единицах определить количество энергии данного спект- рального состава, падающее на зеленый лист. Нет и еди- ной общепринятой системы величин и единиц измерения. Измерение лучистой энергии, поглощаемой зеленым ли- стом, — одна из труднейших и до сих пор окончательно не решенных проблем светофизиологии растений. Еще в конце прошлого века К. А. Тимирязев говорил о том, что по отношению к растениям надо пользоваться не словом «свет», а понятием «лучистая энергия» и изме- рять ее в объективных единицах. Теперь это положение имеет еще большее основание, так как исследованиями последнего времени установлено сильное действие на растения не только видимого излучения, но также час- тично ультрафиолетового и инфракрасного излучений, т. е. вообще оптического излучения в широкой зоне. Оптическое излучение независимо от его источника (солнце или какой-либо искусственный) — часть спектра электромагнитных колебаний (рис. 1). По спектрально- му составу его можно разделить на три части: ультра- фиолетовое, видимое и инфракрасное. Ультрафиолетовое излучение (УФ). Ультрафиолето- вое излучение в свою очередь делится на три области: ближнюю с длиной волн от 380 до 315 нм (область А) среднюю с длиной волн от 315 до 280 нм (область В) дальнюю с длиной волн короче 280 нм (область С) Видимое излучение (свет). Спектр видимого излуче- ния можно условно разделить на следующие области: фиолетовую (380—430 нм); желтую (570—600 нм); си- 16
нюю (430 490 нм); оранжевую (600—620 нм); зеленую (490—570 нм); красную (620—780 нм). Инфракрасное излучение (ИК). Это излучение делит- ся на коротковолновое (760—2500 нм); средневолновое (2500—25000 нм) и длинноволновое (25000—34000 нм). Термин «оптическое излучение» принят Международ- ной системой единиц (СИ), рекомендованной к употреб- лению в Советском Союзе и во многих странах мира. Вместе с тем до сих пор в метеорологической, биологиче- ской и сельскохозяйственной литературе употребляются другие термины: «свет», «радиация», «лучистая энергия». Однако поскольку на растение действуют все участки Рис. 1. Характеристика спектра электромагнитных колебаний оптического излучения, эти термины применять не реко- мендуется. Их необходимо знать только потому, что они встречаются в технической («свет») и метеорологичес- кой («радиация») литературе. В порядке преемственности и постепенного перехода к современным ’представлениям следует ознакомиться с энергетическими и эффективными величинами, исполь- зуемыми для оценки излучения, оказывающего влияние на основные физиологические процессы у растений. ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ Энергетические величины и единицы Энергетические величины являются чисто физически- ми и не учитывают специфику действия излучения на различные объекты. Спектральная чувствительность при- боров для измерения этих величин постоянна в каждой 17
определенной области спектра, что графически соответст- вует П образной кривой чувствительности: Поток излучения (лучистый поток) — основная вели- чина, под которой понимается мощность излучения, или энергия излучения, переносимая в единицу времени. По- ток излучения измеряется в ваттах (Вт -W), 1 Ватт= = 1 Дж/с. Облученность (плотность облучения) равна отноше- нию потока излучения к площади равномерно облучае- мой поверхности. Измеряется в Вт/м2 (W/м2) и других единицах (табл. 1). Она может быть: а) интегральной, когда создается суммой излучений всех длин волн, имею- щихся в спектре данного источника; б) спектральной, когда создается или однородным (монохроматическим) потоком излучения, или потоком излучения узкого участ- ка спектра. Количество облучения — величина энергии излучения, попавшей на единицу облучаемой поверхности в течение времени облучения. Измеряется в Вт* с/м2. Таблица 1 Соотношение между единицами облученности Единица измерения Вт/м2 эрг/с-см2 кал/мнн» 'ДМ2 кал/ч -дм2 ккал/ч-га Вт/м2 эрг/с-см2 кал/мин- дм2 кал/ч дм2 ккал/ч- га 1 10-3 6,99 1,17 10 1 1,17-К)-4 103 1 6,99-103 1,17-10а 1,1 -10-1 1,43-101 1,43-10—4 1 1,67-10-2 1,67-10-Б 8,58 8,58-Ю-з 60 1 10 з 8,58-103 8,58 6-Ю4 103 1 Эффективные величины и единицы Если, пользуясь энергетическими величинами, изме- ряют излучение только по его энергии, независимо от реакции объекта излучения, то эффективные величины позволяют оценить излучение по величине вызываемого им эффекта. В светокультуре растений пользуются световыми и фотосинтетическими величинами. Реакция приемника бу- 18
дет пропорциональна произведению потока однородного излучения на его спектральную чувствительность при данной длине волны. Световые величины и единицы Видимый участок спектра — свет — характеризуется следующими величинами. Световой поток — мощность лучистой энергии, оце- ниваемая по производимому ею световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм). В качестве эталона люмена принят световой поток, излучаемый аб- солютно черным телом площадью 0,5305 см2 при темпе- ратуре застывания платины 2046 К. Лучистый поток с длиной волны 555 нм, равный 1 Вт, эквивалентен 683 лм светового потока. Чтобы учесть световую энергию, надо знать не только плотность светового потока, падающего на приемник, но и время его действия на приемник. Све- товая энергия измеряется в люмен-секундах (лм • с) или в люмен-часах (лм-ч). Световая отдача. При характеристике искусственных источников излучения—ламп различных типов — дается оценка не только излучаемого лампой светового потока (лм — 1m), но и ее световой отдачи, которая определяет экономичность лампы. Световой отдачей лампы назы- вается отношение излучаемого ею светового потока к ее электрической мощности (лм/Вт - lm/W) Чем больший световой поток излучает лампа на единицу мощности, тем выше ее экономичность. Сила света—пространственная плотность светового потока, т. е. световой поток, отнесенный к единице телес- ного угла. Силу света измеряют в канделах (кд — cd) 1 Кандела — единица силы света, которую создает свето- вой поток в один люмен, равномерно распределенный вну- три телесного угла в один стерадиан. Кандела (свеча) есть сила света в перпендикулярном направлении плос- ской поверхности абсолютно черного тела площадью 1,6667 мм2 при температуре 2046 К. 1 До последнего времени в специальной литературе очень рас- * пространен русский термин «свеча» (св). 19
Освещенность — отношение светового потока к пло- щади поверхности, на которую он падает. Эта величина служит для оценки условий освещения. Единицей осве- щенности служит Люкс, или метросвеча. Один люкс (лк — 1х) соответствует освещенности, создаваемой световым потоком в люмен на площади 1 м2. В природе освещенность меняется в широких преде- лах: На открытом месте при ясном небе в пол- день летом................100 000 лк На открытом месте без солнца.1 000 лк При полной луне ........ 0,2—0,5 лк Ночное небо без луны.... 0,0003 лк В зарубежной литературе, кроме люкса, иногда при- меняются другие единицы освещенности: футо-свеча (fed), которая создается световым потоком в 1 лм, рав- номерно распределенным на площади в один квадратный фут. Она соответствует 10,76 лк; несколько реже встре- чается люкс Гефнера (Н1х), который равен 0,88 метри- ческого люкса. Приведенные выше световые величины необходимо знать, так как ими в светотехнической литературе до сих пор оцениваются светотехнические свойства ламп. Одна- ко эти величины и основанные на них приборы могут ис- пользоваться в светокультуре весьма относительно, так как спектральные кривые поглощения лучистой энергии и основных физиологических процессов в зеленом листе (фотосинтез, образование пигментов и др.) резко отли- чаются от спектральной кривой видимости человеческого глаза, на которой основаны все фотометрические величи- ны (рис. 2). Поэтому теперь часто используют энергети- ческие величины, хотя этот метод не всегда позволяет учитывать специфику действия излучения на зеленые ра- стения. Фотосинтетические величины и единицы В современной ботанической литературе участок опти- ческого излучения от 300 до 700 нм известен как физио- логическая радиация. При этом облученность измеряется или в эргах в 1 с на 1 см2 облучаемой площади (эрг/с • см2), или в ваттах на 1 м2 (Вт/м2). 20
Однозначное обозначение (Вт/м2) облученности и электрической мощности источников искусственного из- лучения приводит иногда к недоразумениям. Поэтому для измерения облученности желательно принять единицы, производные от Вт/м2: мВт/см2 или мВт/м2. Близкие гра- ницы (380—710 нм) имеет излучение, называемое фото- синтетически активной радиацией — ФАР (PAR), которое измеряется в этих же единицах, В некоторых странах границы ФАР немного отличаются от принятых в СССР с колебаниями от 300 до 800 нм (Bickford a. Dunn, 1972). В СССР, по рекомендации А. А. Ничипоровича, при измерении фотосинтетически активного излучения, или Рис. 2. Спектральные кривые: 1 — средней видностн человеческого глаза; 2 — синтез хлорофилла; 3 — фотосинтеза; 4 — поглощения лучистой энергии листом фильтры, выделяющие следующие участки спектра: 380—- 535, 535—610 и 610—710 нм. Фотосинтетически активное излучение измеряют с по- мощью энергетических и световых величин. В последнем случае иногда приходится пересчитывать эти величины по специальным таблицам, что весьма осложняет оценку излучения. Необходимо создать величины и единицы, ко- торые бы позволили характеризовать оптическое излуче- ние по его поглощению зеленым листом или по фотосин- тезу. 21
В Институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) сделана попытка создания системы величин, которая по аналогии с системой световых величин ис- пользует спектр действия фотосинтеза. Эффективный по- ток в этой системе назван фитопотоком. Фитопоток характеризует содержание энергии (в ин- тегральном оптическом излучении), осуществляющей фо- тосинтез. За единицу фитопотока принят фит (фт), рав- ный потоку излучения в 1 Вт при длине волны 680 нм, обладающей максимальной фотосинтетической эффектив- ностью. Эта эффективная облученность получила назва- ние фитооблученности. Единица фитооблученности — фт/м2. Эффективная отдача источника излучения назва- на фитоотдачей, которая измеряется в фт/Вт. В настоящее время обоснованность этой системы еди- ниц еще спорна. Таким образом, к сожалению, пока нет унифицирован- ных методов и приборов, позволяющих непосредственно определить количество воспринимаемого растениями из- лучения в абсолютных энергетических единицах. Для более точной оценки оптического излучения его часто делят на отдельные участки в соответствии с их влиянием на физиологические процессы. Так, голланд- ский Комитет по исследованию действия оптического из- лучения на растения предложил изучать спектры по сле- дующим зонам: I. Более 1000 нм — только тепловое воздействие. II. 1000—700 нм — в основном эффект вытягива- ния стебля. III. 700—610 нм — зона максимального фотосинте- тического эффекта синтеза хло- рофилла, наиболее сильное дей- ствие при прерывании периода темноты и др. IV. 610—510 нм — наименьшая физиологическая реакция. V. 510—400 нм — поглощение желтыми пигмен- тами, второй пик абсорбции хлорофиллом, второй пик фото- синтеза, резкий формативный эффект. VI. 400—315 нм — (ультрафиолет А) — форма- тивный эффект. VII. 315—280 нм — (ультрафиолет В) — излуче- ние вредно для большинства растений. VIII. Короче 280 им — (ультрафиолет С) — растения быстро гибнут. 22
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ Для оценки количества лучистой энергии, полученной растением за определенное время, вводится понятие ко- личества облучения, или дозы облучения. Суммарная облученность (£) определяется как по- верхностная плотность мощности оптического излучения, падающего на данную поверхность; представляет собой отношение лучистого потока (мощности излучения) F к площади облучаемой поверхности S: Облученность рекомендуется измерять в ваттах на 1 м2 (Вт/м2). Иногда облученность выражают также в калориях на 1 дм2 в час, в эргах на 1 см2 в секунду и т.д. Соотношения между различными единицами облученно- сти представлены в табл. 1. Для измерения суммарной облученности можно применять пиранометр системы Ю. Д. Янишевского. Количество облучения учитывает количество лучис- той энергии, полученной растениями на определенной по- верхности за данное время. В случае неизменной облу- ченности количество облучения равно произведению облученности на время. В общем случае при изменяю- щейся облученности количество облучения определяется как интеграл: ^2 « [ Exclt, h где Е[ — мгновенное значение облученности, a и t2—- время начала и конца облучения. Количество облучения измеряют в ватт-часах, а также в калориях или эргах на единицу поверхности: Вт • ч/м2 = 8,6 кал/дм2=3,6 • • 106 эр г/см2. Приборами для непосредственного определения дозы облучения служат фотоинтегратор Института физиологии растений и фитодозиметр Института биофизики. В то же время следует определять не только горизон- тальную, но и сферическую облученность, которая помо- жет характеризовать количество излучения, получаемого со всех сторон определенной точкой растения или отдель- но стоящим растением. 23
Сферическая облученность. Листья растений обычно имеют различный наклон и кроме прямого излучения получают со всех сторон отраженное излучение. Для ха- рактеристики поверхностной плотности падающего со всех сторон излучения пользуются понятием средней сфе- рической облученности, т. е. средней облученности на поверхности сферы бесконечно малого радиуса, описан- ной вокруг данной точки. Для измерения среднего сфери- ческого количества излучения разработан ряд приборов, характерная особенность которых — наличие приемного устройства в виде сферы. При исследованиях влияния оптического излучения на фотосинтез и другие физиологические процессы в ра- стениях очень важное значение имеет спектральная облу- ченность. Спектральная облученность, или спектральная интенсивность облученности еХ, представляет собой от- ношение облученности АД соответствующей узкому уча- стку спектра АХ, к длине этого участка: и измеряется в ваттах на квадратный метр на нанометр: Вт/м2 • нм. Измерение количества падающего на растения физио- логически активного излучения необходимо для создания оптимальных режимов облучения растений в условиях светокультуры. Чтобы определить суммарную энергию, попавшую на растения за определенный промежуток вре- мени (день, месяц, вегетационный период), пользуются несколькими методами. Первый, более грубый метод, заключается в подсчете числа часов горения ламп за все время физиологически активной облученности по приведенной ниже табл. 2. Пе- ремножая эти две величины, узнают количество физиоло- гически активного облучения в ваттах, эргах или кало- риях (см. табл. 1), потраченное за время выращивания растений. Более точные данные можно получить, если систематически (например, через час) измерять облучен- ность растений, результаты перевести в энергетические единицы, а затем либо суммировать их, либо построить график суточного (месячного) хода изменения облучен- ности. Наконец, можно воспользоваться фотоинтеграто- ром ИФРа, который суммирует все количество физиоло- 24
гически активного излучения за время облучения расте- ний. В настоящее время измерительные приборы класси- фицируют в соответствии со спектральной характеристи- кой, формой приемного устройства (плоская или сфери- ческая) и способом отсчета (мгновенным или интеграль- ным) . Теория и приемы измерений, используемые для оценки оптической и энергетической характеристик излучения и процесса его поглощения, относятся к разделу физиче- ской оптики — фотометрии. Фотометрия как наука суще- ствует более 300 лет, со времени классических исследо- ваний Кеплера. Он сформулировал один из основных за- конов фотометрии, иногда используемый в светокультуре растений, — закон обратной пропорциональности между величиной облученности в точке и квадратом расстояния от этой точки до источника излучения. Измерения в различных областях спектра называют- ся спектральной фотометрией. В ботанико-физиологических исследованиях фотомет- рию стали применять в XIX в. Вначале преобладала ви- зуальная фотометрия, когда условия облучения оценива- ли или непосредственно «на глаз», или с помощью прими- тивных оптических приборов в световых единицах. Следующим этапом была фотохимическая фотомет- рия, когда облученность определяли по скорости хими- ческой реакции. Распространенным приемом фотохими- ческой фотометрии было определение времени, необхо- димого для полного почернения фотобумаги. В этом слу- чае за эталон принимали время, необходимое для почер- нения бумаги в ясный июньский полдень. Для измерения количества лучистой энергии, погло- щаемой листом, т. е. для фитофотометрии, в физиологии растений применяли различные фотохимические прибо- ры. Первый такой прибор, названный фитоактинометром, был создан Л. А. Ивановым (1946). В настоящее время в светофизиологии и светокульту- ре наибольшее распространение получили приборы, осно- ванные на явлении фотоэлектрического эффекта, позво- ляющие быстро и точно определить величину облученно- сти (люксметры, пиранометры, фотоинтеграторы, фито- пиранометры и др.). Применительно к практике облучения растений сле- дует пользоваться энергетическими величинами, так как 25
для физиологических целей важно знать полезную энер- гию, получаемую растениями, а не освещенность, ощу- щаемую нашим глазом. На рис. 3 показано спектральное распределение энер- гии излучения физиологически активной области спектра солнца, лампы накаливания и люминесцентной лампы дневного света. Здесь же приведены кривые спектраль- ной чувствительности фотоэлемента АФИ (объективный Рис. 3. Спектральные характеристики различных источни- ков и приемников оптического излучения: I — распределение энергии в спектре солнца при высоте солнцестоя- ния 65°; 2 — то же, для лампы накаливания 300 Вт, 3 — то же, для люминесцентной лампы дневного света, 4 — спектральная чувстви- тельность селенового фотоэлемента ЛФП, 5 — спектральная чувстви- тельность люксметра с корректирующим светофильтром 3C-I люксметр) и люксметра завода «Вибратор» с корректи- рующим светофильтром, соответствующим кривой вид- ности человеческого глаза. Очевидно, если от каждого из источников излучения на фотоэлемент люксметра падает одно в то же количество энергии, то показания люксмет- ра будут различны. Следовательно, количество энергии, падающей на растение в единицу времени, соответствую- щее освещенности в 1 лк, неодинаково для разных источ- ников излучения. Оценка физиологической активности 1 лк, приводимая различными авторами, значительно варьирует. Причины для расхождения весьма разнообразны; метод оценки, ширина участка учитываемого спектра (400—700; 300— 26
710; 300—720 нм и т. д.), особенности изготовления раз- личными предприятиями (фирмами) ламп одной и той же марки. Поэтому для одного и того же источника ис- кусственного излучения переводные коэффициенты также неодинаковы: По Роденбургу (1952) . » Нюренбергу (1961) . » Кенхему (1966) ЛД ДР Л ЛН НЕОН 4,00 — 6,20 7,40 3,17 3,64 5,90 — 3,64 3,48 4,16 5,62 Хорошую таблицу перевода освещенности в фотосин- тетическую облученность с учетом спектральной харак- теристики источника разработал А. Ф. Клешнин (табл. 2). Таблица 2 Перевод световых единиц в единицы физиологически активного излучения (по А. Ф. Клешнину) Источник облучения Количество эрг/см2-с в 1 лк Лампы накаливания 100- 500 Вт 5,91 » люминесцентные — дневного света (ЛД) 4,03 » » — белого света (ЛБ) 3,55 » » — теплобелого света (ЛТБ) 4,25 » неоновые (НД-2) 7,35 » натриевые — низкого давления 1,88 » ртутные: (ИГАР-2) . 3,98 (ДРТ-2) . 4,14 (ДРТ-7) .... 4,34 (СВД-125) 3,71 » ксеноновые (ДКСТВ-6000) . 5,65 Угольные дуги . 7,25 Солнечное излучение при высоте солнца 65° 6,15 » » » » » 30° 5,69 » » » » » 13° 5,51 » » » » » 11° 5,47 То же, при равномерно облачном небе 6,05—6,57 Заслуживает внимания способ измерения облученно- сти и физиологически активного излучения с помощью люксметров, предложенный В. П. Рвачевым (1960). Со- 27
вместно с А. Я. Волковой он составил переводные табли- цы для некоторых источников излучения и люксметра за- вода «Вибратор» с корректирующим светофильтром ЗС-1. В теории и практике светокультуры растений прихо- дится учитывать оптические свойства как различных ма- териалов, используемых в облучательных и осветитель- ных установках, так и в особенности зеленых листьев (табл. 3). Поэтому необходимо вспомнить некоторые об- щие положения фотометрии, относящиеся к отражению, пропусканию и поглощению оптического излучения. Зная, что оптика ультрафиолетового и инфракрасного излуче- ний подчиняется тем же законам, что и видимое излуче- ние, ограничимся упоминанием только последнего. Таблица 3 Оптическая характеристика некоторых материалов Материал Количество энергии, % Толщина, мм пропущен- ной Т отражен- ной поглощен- ной А Прозрачное бесцветное стек- ло . . .... 90 8 2 1-3 Матовое стекло 75-83 12—15 3-16 1,8—4,4 Молочное стекло .... 45-55 40—50 4-6 1,5—2,0 Белый тонкий пергамент . . 35-55 40—50 10—15 — Крепдешин белый . ... 64 35 1 — Хлопчатобумажная белая ткань 57 35 8 — Белая марля: 1 слой 60 — — — 2 слоя 40 — — — 4 слоя . ... 20 — — —• 8 слоев 5 —— — — Зеленый лист 10 10 80 — Белая бумага тонкая . . . 40 45 15 — Мел -— 85-90 15-10 — Свинцовые белила . ... — 90 10 — Сернокислый барий . . . — 95 5 — Бархат черный .... — 0,2 99,8 •— Молочное стекло . ... 40 45 15 2—3 Отражение лучистой энергии от какого-либо тела (в том числе от листа) в зависимости от характера его поверхности может быть следующим: направленным 28
(зеркальным), когда угол падения равен углу отраже- ния; диффузным (рассеянным), когда лучистая энергия распространяется во все стороны более или менее одина- ково; смешанным, когда лучистая энергия отражается неравномерно как по направлению, так и по количеству. При этом надо учесть, что коэффициент отражения зависит от направления падающего излучения и его спектрального состава. Поглощение лучистой энергии пропорционально по- верхностной концентрации поглощающих веществ (пиг- ментов). Зная количество пропущенной (Т) и отражен- ной (Д) лучистой энергии (в %), можно вычислить по- глощенную телом энергию в процентах от падающей на нее: Л = 100—(T+R). Величины Т и R определяются экспериментально, а А рассчитывается по приведенной формуле. Величину пропускаемой листом энергии можно при- близительно определить, накладывая вплотную изучае- мый лист на приемник излучения. До сих пор для измере- ния общей (нейтральной) облученности приемником слу- жил пиранометр. При измерении видимого излучения большинство исследователей применяет селеновый фото- элемент. Выше уже отмечалось, что из-за его селектив- ности результаты, полученные при измерении излучения разного спектрального состава, нельзя считать точными. Однако поскольку до настоящего времени практически не было приемника, который бы одинаково воспринимал излучение всех спектральных участков физиологически активного излучения, приходилось пользоваться этим приемником с относительно малой достоверностью ре- зультатов. Таким образом, падающее на лист и пропущенное им излучение определяется сравнительно просто. Значитель- но сложнее измерение величины отражения у листьев, особенно в условиях светокультуры. При измерении от- раженного излучения посевами на открытом воздухе пользуются или альбедометром, или прибором Н. Н. Ка- литина. В обоих случаях источник излучения — солнце — находится на бесконечно далеком расстоянии от отра- жающего объекта, который равномерно облучается пря- мым или рассеянным солнечным излучением. В условиях светокультуры, когда источники излуче- ния находятся от листьев на очень малом расстоянии (до 5 см), методы, используемые в полевых условиях, 29
применить нельзя. В лабораторных условиях один из ме- тодов измерения отражения основан на использовании системы зеркал. В сочетании со спектрофотометром или монохроматором они дают величину отражения монохро- матического излучения только для определенного угла его падения. Однако при этом измеряется не все количе- ство отраженной листом лучистой энергии, а только ка- кая-то ее доля. Одно время широко использовали светомерный шар, известный как сфера Ульбрихта. В настоящее время для определения оптических свойств листьев пользуются более совершенными прибо- рами, позволяющими проводить измерения и в узких, и в широких участках спектра. Таковы спектрофотометры типа СФ-4, СФ-10и фотоинтегрирующие сферы разных ти- пов. В качестве приемника энергии часто используют фотоэлектронные умножители. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ В настоящее время получили распространение более быстрые и точные приемы фотоэлектрической фотомет- рии, основанные на явлении фотоэлектрического эффек- та, которым обладают некоторые тела. При действии на их поверхность какого-либо излучения они испускают по- ток электронов, число которых прямо пропорционально интенсивности падающего излучения. Фотоэлектрический эффект проявляется практически мгновенно. Разные ве- щества обнаруживают фотоэффект в различных участках спектра (рис. 4). Конструкции фотоэлементов различны: плоские (селеновый) или в виде стеклянной колбочки (сурьмяно-цезиевый) и др. Интенсивность фототока из- меряется по отклонению стрелки гальванометра, отгра- дуированного в относительных или абсолютных едини- цах. Селеновые фотоэлементы относятся к группе так на- зываемых вентильных, или элементов с запирающим сло- ем. Основа фотоэлементов — железная пластинка (один электрод), на которую нанесен слой кристаллического селена серого цвета. Поверх селена имеется прозрачный слой второго электрода из какого-либо металла (напри- мер, золото) толщиной около 5 мкм. Между пленкой зо- лота и селеновым слоем образуется так называемый за- 30
пирающий слой с односторонней проводимостью. Свето- вой поток, попав на селен, освобождает электроны из слоя селена. Если соединить проводником железную пла- стинку (первый электрод) со вторым электродом, то по цепи потечет ток, пропорциональный падающему свето- вому потоку. Для предохранения от влаги и пыли свето- чувствительную поверхность покрывают прозрачным ла- ком. Селеновый фотоэлемент под действием сильных ис- Длина Волны, мкл Рис. 4. Спектральная характеристика фотоэлементов: / — кадмиевый, 2— калиевый, 3 — селеновый, 4 — купроксный точников света «утомляется», его чувствительность ‘пада- ет, поэтому его не следует оставлять на сильном свету открытым. Светофильтры. Для изучения действия на растение отдельных участков спектра необходимо выделить их из потока общей радиации, что достигается с помощью све- тофильтров, получивших широкое распространение в све- тофизиологии растений. Светофильтрами называют спе- циальные среды, пропускающие строго определенные участки излучения. Они бывают твердые, жидкие и газо- образные. Твердые светофильтры изготовляются из стек- ла, кварца и различных органических пленок, жидкие — представляют собой окрашенные растворы определенной 31
концентрации и толщины; газообразные в светокультуре не применяются. Из твердых наиболее распространены светофильтры, изготовленные из оптического стекла. Ко всем светофильтрам 'предъявляются следующие требова- ния. Они должны быть стойкими к температуре и влаж- ности и обладать постоянством радиационных свойств во времени. Каждый фильтр пропускает, помимо основной области спектра, также другие линии или участки в ви- димой, инфракрасной или ультрафиолетовой областях. Поэтому при особо высоких требованиях к спектральному составу проходящего излучения пользуются системой фильтров, перекрывающих друг друга. Однако при этом сильно ослабляется интенсивность излучения. При менее точных работах можно пользоваться желатиновыми или водяными фильтрами, которые дешевле и проще в изго- товлении. Простейшими фильтрами являются: обыкновенное стекло, которое не пропускает ультрафиолетовые -лучи короче 310—315 нм, и вода (особенно с небольшим коли- чеством медного купороса), поглощающая инфракрасное излучение. Физиологически активное излучение (400— 720 нм) можно измерить только при выделении его с по- мощью стеклянных светофильтров марки ЖС-11 и КС-19 (рис. 5, 6). Светофильтр ЖС-11 толщиной 2 мм погло- щает ультрафиолетовое излучение с длинами волн короче 380 нм и пропускает видимое и ближнее инфракрасное излучение. Светофильтр КС-19 толщиной 2 мм поглощает ультрафиолетовое и видимое излучение с длинами волн короче 720 нм. Разность показаний термоэлектрического прибора с этими светофильтрами дает приближенное зна- чение фотосинтетически активной облученности. Если хо- тят измерить длинное ультрафиолетовое излучение (300— 400 нм), применяют фильтры БС-4. При отсутствии стеклянных фильтров пользуются ли- бо цветными желатиновыми пленками, либо цветными растворами, налитыми в кюветы с плоскопараллельными стенками. Иногда жидкие фильтры наливают в ванны со стеклянным дном, которые помещают между растениями и лампой. Кроме спектральных светофильтров, существуют так называемые нейтральные, которые применяются для ослабления потока излучения. Они изготовляются или из стекла (марки «НС»), или из металла (сетки или перфо- рированные листы). 32
Измерительные приборы, используемые в светокуль- туре растений, можно разделить на 2 группы. В первую группу входят приборы, позволяющие измерить оптиче- ское излучение методом энергетических величин, во вто- рую — методом эффективных величин. Рис. 5. Спектральная характеристика светофильтра ЖС-11. Рис. 6. Спектральная характеристика светофильтра КС-19 2 Зак. 3854 33
Приборы для измерения энергетических величин В светофизиологии растений часто пользуются несе- лективными приборами типа термостолбика или пирано- метра. В нашей стране широко распространен пирано- Рис. 7. Внешний вид приемника пи- ранометра системы Ю. Д. Янпшев- ского метр системы Ю. Д. Янишевского. Он пред- назначен для измерения солнечного излучения с длинами волн от 300 до 3000 нм. Размеры приемной части пирано- метра бывают 2X2 см, 4x4 см и т- д. (рис. 7). Приемная часть пи- ранометра — термоба- тарея, состоящая из манганиновых и кон- стантановых участков, расположенных в шах- матном порядке. Одна группа спаев окрашена окисью магния, дру- гая — сажей. Различие в поглощении лучистой энергии черными и бе- лыми участками спо- собствует возбуждению тер моэлектр ического тока, который измеряется стрелочным гальванометром ГСА-1. Для защиты от ветра, осадков и пыли термобатарея обычно покрыта полусферическим стеклянным колпаком. При измерении излучения ламп, а также излучения, про- ходящего через листья, можно пользоваться пиранометром с плоским стеклом. Чтобы под стеклом не конденсирова- лись водяные пары, к корпусу пиранометра прикрепляют сушилку с хлористым кальцием. Необходимо отметить, что пиранометр Янишевского со стрелочным гальванометром малопригоден для работы с газоразрядными лампами типа люминесцентных или ДРЛ. Эти лампы обеспечивают относительно слабую об- лученность, которую можно уловить только применяя вы- сокочувствительные (10-в А) зеркальные гальванометры. 34
Зато излучение ксеноновых ламп и солнца пиранометр учитывает надежно. Кроме пиранометра Янишевского, существуют ориги- нальные конструкции, приспособленные для учета физио- логического излучения, т. е. того участка спектра, кото- рый оказывает наиболее сильное влияние на физиологи- ческие процессы растений. К ним относятся компенсаци- онный термостолбик системы Института физиологии ра- стений АН СССР с фильтрами БС-4 и КС-19. Интересен термоэлектрический фитопиранометр си- стемы Б. И. Козырева, выпускаемый в мастерских Ле- нинградского электротехнического института (ЛЭТИ). Рис. 8. Термоэлектрический фитопиранометр системы ЛЭТИ: слева — прибор с двумя приемниками; справа — одинарный при- бор со сменными светофильтрами Он предназначен для измерения излучения в участке спектра от 380 до 710 нм. Результаты измерения выра- жают в абсолютных величинах (Вт/см2). Размеры и вес прибора значительно меньше, чем пиранометра 10. Д. Яни- шевского. Фитопиранометр ЛЭТИ выпускается в двух модификациях (рис. 8). Первая состоит из двух черных или черно-белых кольцевых приемников. Один из них по- крыт полусферическим фильтром из стекла БС-8, дру- гой — из стекла КС-19. Включенные навстречу один дру- гому, они в результате совместного действия дают пока- зание облученности в зоне 380—710 нм. Во второй моди- фикации имеется один приемник, покрытый полусферой из увиолевого стекла и имеющий сменные полусферы из стекол БС-8 и КС-19. Такая система позволяет измерить излучение в трех областях спектра: 280—2500, 380—2500 и 710—2500 нм. Затем путем соответствующих расчетов 2* 35
оценивают физиологически активное излучение. Показа- ния приборов практически постоянны при температуре от 10 до 40° С. Возникающая электродвижущая сила ре- гистрируется высокочувствительным стрелочным (М-91, М-195 и др.), зеркальным (ГЗП-47) гальванометрами или электронным потенциометром ЭПП-09. Малые размеры, высокая чувст- вительность и ограниченный участок спектра, воспринимаемый фитопира- нометром ЛЭТИ, дают основание предположить, что он будет полезен как при светофизиологических ис- следованиях, так и тепличной свето- культуре растений. Хорошим измерительным прибо- ром является фотоинтегратор систе- мы ИФР АН СССР, созданный Л. Н. Беллом, С. Н. Чмора и В. П. Корнильевым (1959) (рис. 9). При- емная часть прибора — цезиевый ва- куумный фотоэлемент ЦВ-3 или ЦВ 6 (рис. 10), который присоеди- нен к интегрирующей схеме, снаб- женной механическим счетчиком. Этот прибор позволяет определить физиологически активную облучен- ность в пределах от 400 до 800 нм, получаемую растениями за опреде- ленное время по П-образной кривой, и относительную облученность в им- пульсах за одну минуту- Прибор ра- ботает со сферическим приемником. Источник энергопитания прибора — переменный ток или аккумуляторы. Стеклянные светофильтры (СЗС-14 и ЖС-11) обеспечи- вают неселективную чувствительность приемника в обла- сти физиологически активного излучения. Фотоинтегра- тором со сферическим приемником можно пользоваться для определения дозы облучения, которую получают ра- стения при объемном или переменном облучении. Этот прибор очень удобен и при работе в камерах с экраниру- ющими стенками, когда создается многократное отраже- ние, учитывать которое плоскими приемниками (люкс- Рис. 9 Схема уст- ройства фотоин- тегратора ИФР АН СССР: / — сфера, 2 — мато- вое стекло, 3 — свето- фильтр, 4 — фотоэле- мент 36
метр, пиранометр) довольно трудно и ненадежно. Нако- нец, фотоинтегратор позволяет получить суммарную ха- рактеристику облученности растений под передвижными лампами. На базе фотоинтегратора ИФРа опытным заводом ВАСХНИЛ разработана серия приборов: а) фотоинтегра- тор «ФИ-1» с аналогичной спектральной чувствитель- ностью, но, к сожалению, с плоским приемником; б) фо- тоинтегратор «Фипол-70» для измерения дозы облуче- ния в полевых условиях и в теплицах, имеющий двух- слойный набор светофильтров П-образной спектральной чувствительности; в) автоматический фотоинтегратор Рис 10. Спектральная характеристика фотоэле- мента ЦВ-3 «ФИАР-70» для автоматического измерения и регистра- ции фотосинтетически активной облученности и дозы об- лучения в пределах 400—700 нм, спектральная чувстви- тельность которого близка к П-образной форме. На базе люксметра Ю-16 Л. Н. Беллом создан фотоэлектрический фитоактинометр, предназначенный для измерения физио- логически активного излучения. В этом приборе поверх- ность фотоэлемента покрыта сложной мозаикой из крас- ных и синих фильтров, которая обеспечивает неселектив- ную чувствительность в области спектра от 400 до 720 нм. Во Всесоюзном научно-исследовательском светотех- ническом институте (ВНИСИ) В. С. Хазановым разрабо- тана серия приборов для измерения облученности и сред- ней сферической облученности в области ФАР. Приемни- ком излучения в этих малогабаритных приборах служит кремниевый фотодиод, снабженный набором светофильт- ров. 37
Приборы для измерения эффективных величин В связи с недостатком специальных приборов для измерения физиологически активного излучения часто используют люксметры. Наиболее доступный и распрост- раненный прибор — люксметр Ю-16, состоящий из селе- нового фотоэлемента и гальванометра. Гальванометр имеет переключатель на три предела измерений. Пере- ход от одного предела на другой осуществляется включе- нием соответствующих шунтов. Используя 100-кратный нейтральный светофильтр (молочная пластинка с метал- лической сеткой), можно измерять освещенность до 50 тыс. лк. При длительном действии излучения на селе- новый фотоэлемент чувствительность его падает. По- этому при длительных измерениях освещенности люкс- метр необходимо периодически помещать на несколько минут в темноту. Люксметр, выпускаемый заводом «Ви- братор», градуируется под лампами накаливания. При попадании на фотоэлемент люксметра одного и того же количества энергии от разных источников излу- чения (солнце, лампа) показания прибора будут неодина- ковы. Следовательно, физиологически активная облучен- ность, соответствующая освещенности 1 лк, для разных источников излучения различна (табл. 2). Выше говорилось о желательности оценки оптического излучения, падающего на лист, по его способности обе- спечить фотосинтез. Хотя вопрос о так называемых фо- тосинтетических величинах еще не вышел за пределы дискуссии, тем не менее в настоящее время выпущен при- бор, измеряющий это излучение в эффективных едини- цах. Фитофотометр ВИЭСХ — ФФМ-1 сконструирован из висмуто-серебряно-цезиевого фотоэлемента с мозаичным фильтром. Прибор имеет двугорбую кривую на участке спектра от 300 до 750 нм, близкую к чувствительности «среднего листа». Результаты измерения даются в фитах на 1 м2 (фт/м2). Тип этой кривой близок к спектральной кривой поглощения оптического излучения пигментами листа и к кривой фотосинтеза. Однако кривые такого ро- да недостаточно полно учитывают условия выращивания сельскохозяйственных растений: густоту стояния в цено- зе, где их листья взаимно перекрывают друг друга, мно- гочисленность слоев листьев разных ярусов и, наконец, 38
толщину отдельного листа. • Последняя в значительной степени определяет поглощение падающего излучения (см. рис. 51). Поэтому в настоящее время большинство исследователей считает, что в пределах ФАР действие отдельных участков излучения почти одинаково по своей эффективности. При измерении излучения в этой зоне спектра желательно придерживаться кривой 11-образной формы. В последнее время появились приборы (НПО «Агро- прибор» МСХ СССР) с несколькими датчиками; смена их позволяет измерять раздельно дозы (дозиметр опти- ческого излучения) или облученность (интенепметр оп- тического излучения) в разных областях спектра элект- ромагнитного излучения: 280-380 или 380—710 нм. В других странах до сих пор пользуются главным об- разом селеновыми фотоэлементами, оформленными в ви- де разного типа люксметров, либо различными термоэле- ментами: термостолбиками, пиранометрами, актиномет- рами и т. п. Таким образом, проблема измерения оптического из- лучения в растениеводстве до сих пор не решена оконча- тельно, так как не ясно, какая система величин и единиц позволяет наиболее точно определить оптимальный спектр излучения для отдельных растений и на разных этапах их роста. Видимо, пока придется пользоваться обеими системами. То же относится и к определению ко- личественного учета облученности.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РОСТ РАСТЕНИЙ Для правильного использования искусственного излу- чения прежде всего надо знать требования растений к оптическому излучению и как они удовлетворяются в раз- ное время года в естественных условиях. Нормальный рост, формирование, цветение и плодоношение растений связаны с оптическим излучением определенного спект- рального состава, достаточными величинами облученно- сти и продолжительностью в течение суток. СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Солнечное излучение (радиация), попадающее на землю, состоит из электромагнитных колебаний с разной длиной волны (см. рис. 1). Оптическое излучение, поло- жительно влияющее на растения, по спектральному со- ставу может быть разделено на три части: ультрафиоле- товое (295—380 нм), видимое (свет) (380—780 нм) и ближнее инфракрасное излучение (780—1100 нм). Со- отношение отдельных участков спектра в солнечном из- лучении в сильной степени зависит от высоты солнца над горизонтом. Из данных табл. 4 видно, что по мере увели- чения высоты солнца увеличивается доля видимого и ультрафиолетового излучения. Начиная с 50°, т. е. с той высоты, которая наблюдается в летнее время в средней полосе СССР, соотношение физиологически активного и инфракрасного излучения составляет примерно 1:1. Наиболее важную роль в жизни растений играет ви- димая часть солнечного излучения, которая восприни- мается человеческим глазом как свет. Как было указано выше, ее часто называют физиологической радиацией или фотосинтетически активной радиацией (ФАР, или PAR), так как многие физиологические процессы в рас- 40
тениях не могут проходить без видимого излучения — света. Лишь на свету растения нормально растут, цветут и плодоносят. Только на свету в зеленых листьях совер- шается важнейший физиологический процесс — фотосин- тез. Кроме того, он оказывает значительное регуляторное и формообразовательное влияние на растения. Таблица 4 Спектральный состав солнечного излучения при различной высоте солнца над горизонтом (в %) Области оптического излучения (им) Высота солнца, ° 0,5 10 30 50 90 Ультрафиолетовая (295-380) 0 1,0 2,7 3,2 4,7 Видимая (380-780) . . ... 31,2 41,0 43,7 43,9 45,3 В том числе: фиолетовая (380-430) . 0 0,8 3,8 4,5 5,4 синяя (430-490) .... 0 4,6 7,8 8,2 9,0 зеленая (490-570) .... 1,7 5,9 8,8 9,2 9,2 желтая (570-600) . 4,1 10,0 9,8 9,7 10,1 красная (600-780) . 25,4 19,7 13,5 12,2 11,5 Инфракрасная (780-340 000) 68,8 58,0 54,6 .52,3 50,0 Всего. 100 100 100 100 100 К- А. Тимирязев еще во второй половине прошлого ве- ка установил, что для осуществления процесса фотосин- теза растение особенно нуждается в красном и сине- фиолетовом излучении, которое почти полностью погло- щается хлорофилловыми зернами (хлоропластами) зеле- ного листа. Исследования Института физиологии расте- ний АН СССР показали, что при преобладании в излу- чении красных лучей в растениях образуется больше углеводов, а при преобладании синих и фиолетовых — больше белков. Зеленая часть видимого излучения в наименьшей сте- пени поглощается листьями; оно как бы профильтровы- вается через них. Поэтому под пологом густого листвен- ного леса преобладает зеленый оттенок. Благодаря мало- му поглощению зеленая часть излучения наименее ак- тивна по своему воздействию на физиологические про- 41
цессы растений. Наряду с фотосинтезом под действием видимого излучения в растениях осуществляются такие важные физиологические процессы, как образование хло- рофилла, формирование листьев, цветков и плодов, син- тез витаминов, ферментов и других веществ. Эти процес- сы наиболее активно проходят в красном или сине-фио- летовом участках спектра. Л4ногочисленные исследования показали, что, изменяя спектральный состав оптического излучения, можно про- извольно замедлить или ускорить обмен веществ, рост и развитие растений. В растениеводческой литературе принято условное де- ление ультрафиолетового излучения на длинноволновое и коротковолновое. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение, так называемое витацидное излучение (от 10 до 280 нм), даже в небольших дозах оказывает очень вредное действие на растения. Достаточно 10—15 мин та- кого облучения, чтобы наступила полная гибель растений, вызываемая денатурацией белков и нарушением функций цитоплазмы клеток. Внешние признаки повреждения проявляются в пожелтении и побурении листьев, скручи- вании стебля и отмирании точек роста. Однако эта часть оптического излучения солнца не достигает земной по- верхности и целиком поглощается озоном, находящимся в атмосфере. Нижняя граница падающего на землю излучения за- висит в основном от высоты солнца над горизонтом. Высота солнца над го- ризонтом, °....... 1 2 3 5 7 10 15 30 40 50 Предельная длина вол- ны, нм............ 420 382 352 327 318 312 306 300 297 295 Следовательно, в средней полосе СССР зимой нет из- лучения с длиной волн короче 306—312 нм и лишь летом в полдень граница ультрафиолетового излучения пони- жается до 295 нм. В теплицах и парниках, покрытых стек- лом, растения даже летом получают только длинноволно- вые ультрафиолетовые лучи с нижней границей около 340—360’ нм. Ультрафиолетовое излучение подчиняется тем же за- конам оптики, что и видимое. Поэтому при измерении количества его, падающего на растение, надо учитывать не только прямое излучение источника, но и отраженное от соседних предметов. По современным данным, погло- 42
щение зеленым листом излучения в зоне 330—400 нм до- стигает 92% от падающего. Длинноволновое ультрафиолетовое излучение (от 295 до 380 нм) в умеренных дозах необходимо для нормаль- ного обмена веществ растений и формирования их орга- нов. Это излучение проникает через эпидермис листьев и оказывает значительное влияние на жизнедеятельность растений. Важное значение имеет прозрачность атмосферы. Как правило, на больших, высотах (3000 м) доля длинновол- нового ультрафиолетового излучения в общем излучении солнца во много раз больше, чем над уровнем моря. На- блюдаемые на высокогорье особенности морфологическо- го строения и динамики физиологических и биохимиче- ских процессов в значительной степени определяются большим количеством ультрафиолетового и сине-фиоле- тового излучения. Лучшая акклиматизация растений из южных широт в суровых условиях высокогорья (Памир) может быть объяснена большой приспособленностью этих растений к коротковолновому излучению. Все это дает основание предположить, что искусствен- ное излучение в зоне 295—380 нм должно способствовать выращиванию нормальных растений и получению боль- шого урожая. Однако до сих пор растениеводы ограничи- вались только наблюдением над действием естественного ультрафиолетового излучения на растения и мало прово- дили соответствующих экспериментов в закрытом грунте. Создалось ложное впечатление, что ультрафиолетовое излучение в целом или вредно для растений, или беспо- лезно. Действительно, отдельные типы ламп дают коротко- волновое излучение, в обычных условиях губительно дей- ствующее на растения. К искусственным источникам ко- ротковолнового ультрафиолетового излучения относятся электрическая дуга и ртутные лампы в кварцевой обо- лочке— «Солюкс», «Горное солнце», ДРТ (ПРК) и др. Хорошей защитой растений от вредного действия корот- коволнового ультрафиолетового излучения служит обык- новенное стекло. Поэтому излучение ртутных ламп в стеклянной оболочке, например ИГАР-2, ДРЛ и др., и электрической дуги, огражденной стеклом, уже не при- носит вреда растениям. Степень прохождения ультра- фиолетовых лучей через оконное стекло толщиной 2 мм показано ниже. 43
Длина волны, нм . . . 380 360 340 320 300 280 260 Пропускание ультрафио- летового излучения, % 88 82 62 22 2 0 0 Прозрачность стекла для ультрафиолетового излуче- ния можно изменить: если при варке стекла повысить до- зу SiO2, ZnO, она увеличивается; наоборот, прибавление Ре20з или СаО уменьшает проницаемость этого излуче- ния. Другие прозрачные материалы имеют более низкую, чем стекло, границу пропускания ультрафиолетового из- лучения: Целлулоид, 0,2 мм . . . . . . 295 нм Фотопленка, 0,1 мм............................ 280 » Целлофан бесцветный .... . . 260 » Желатин бесцветный, 0,1 мм ... . . 200 » Вода, 1,0 мм ... . 175 » Кварц, 1,0 мм . ..............160 » Современные достижения биологических наук значи- тельно изменили наши представления о влиянии оптиче- ского излучения на процессы, происходящие в растении. Так, исследования последних лет показали, что помимо видимой части спектра интенсивность многих физиологи- ческих процессов, внутренняя структура растительной клетки и, наконец, формирование всего растения, а тем самым и урожай, в значительной степени определяются как длинным ультрафиолетовым (300—400 нм), так и коротким инфракрасным излучением (780—1100 нм). Хотя эти участки излучения изучены еще не так деталь- но, как видимое, тем не менее уже сейчас можно приве- сти ряд примеров их активного воздействия на раститель- ные организмы. Если коротковолновое ультрафиолетовое излучение (до 300 нм) вызывает денатурацию белков и быструю ги- бель растений, то длинноволновое (300—400 нм) в уме- ренных дозах стимулирует процессы обмена веществ и способствует росту растений. Поэтому при дополнитель- ном облучении растениям, видимо, необходимо давать небольшие дозы длинного УФ-излучения (ДУФ). Ближнее ИК-излучение также оказывает сильное формирующее действие на растения, которое проявляет- ся главным образом в растяжении осевых органов (сте- бель, подсемядольное колено). Не все растения одинако- во реагируют на длинноволновое излучение (700— 44
1100 нм): одни слабо (томаты), другие сильно (огурцы), что мешает их выращиванию в теплицах. В естественных условиях физиологически активное излучение содержится в прямой и рассеянной радиации солнца (рис. 11). Прямой солнечной радиацией (интен- сивность ее в летний полдень под Москвой достигает 1,37 кал/см2-мин или 955 Вт/м2) называется та часть солнечного излучения, которая доходит до поверхности Рис. 11. Спектр прямого (/) и рассеянного (2) естественного излучения земли в виде параллельных лучей, идущих непосредствен- но от солнца. Рассеянной называется та радиация, кото- рая попадает на землю после отражения и рассеивания ее молекулами газов воздуха, пылинками, капельками воды и кристаллами льда, находящимися в атмосфере. В практике выращивания растений необходимо знать суммарную радиацию, включающую оба вида солнечной радиации (табл. 5). До восхода солнца на растения попадает только рас- сеянная радиация. Затем, по мере увеличения высоты стояния солнца над горизонтом, доля прямой радиации относительно возрастает, а доля рассеянной — быстро уменьшается: Высота солнца над го- ризонтом, ° . ... 0 Прямая радиация, % - - 0 Рассеянная радиация, % 100 5 10 20 30 40 50 36 56 71 77 80 82 64 44 29 23 20 18 45
Таблица 5 Суммарная естественная облученность (Вт/м2) в некоторых пунктах СССР в ясный полдень 15-го числа для разных областей спектра (по В. А. Белинскому) Месяцы Пункт Область спектра III VI IX XII 280—4000 305 725 387 0 Норильск 380—790 180 440 230 0 280—400 21 52 25 0 280—4000 450 860 540 75 Ленинград 380—790 270 515 330 45 280—400 35 57 34 5 280—4000 535 920 620 130 Москва 380—790 325 540 375 80 280—400 39 60 39 8 280—4000 620 965 695 250 Киев 380—790 375 565 425 145 280—400 43 64 46 13 280—4000 710 1030 760 325 Одесса 380—790 430 605 450 190 280—400 44 68 50 18 280—4000 515 1050 880 465 Ашхабад 380—790 490 615 525 280 280—400 53 72 57 29 Рассеянная радиация имеет большое значение в жиз- ни растений. Число часов, когда прямое солнечное излу- чение попадает на листья, значительно меньше общей продолжительности светлого периода суток. Кроме того, прямая радиация используется лишь частью листьев (к листьям, находящимся в тени и в глубине кроны, пря- мая радиация не доходит). Для растений более благо- приятен спектральный состав рассеянного излучения, около 50—60% которого составляет физиологически ак- тивное излучение. В прямых лучах солнца при высоте его над горизонтом от 30 до 70° физиологически активное из- лучение составляет около 35—40%. 46
Какова же разница в спектральном составе солнеч- ного излучения летом и зимой? Спектральный состав солнечного излучения прежде всего зависит от высоты стояния солнца над горизонтом (см. табл. 6 и рис. 12). Когда солнце находится низко (летом в начале и конце дня, а зимой весь день), в его излучении преобладает инфракрасное и красное. Синее, фиолетовое и ультрафио- летовое излучения почти отсутствуют. Летом, в полдень, Высота солнца Общее излучение Рис. 12. Спектральный состав солнечного излучения в зависи мости от высоты стояния солнца над горизонтом когда солнце на широте Москвы поднимается над гори- зонтом почти до 60°, в его излучении наряду с желтым и красным имеется значительное количество синего, фио- летового и ультрафиолетового. В теплицах спектральный состав излучения, получае- мый растениями, определяется также свойствами стекла. Обыкновенное оконное стекло пропускает преимущест- венно длинноволновое излучение, т. е. красное и желтое. Значительно больше задерживается излучение коротко- волновой части спектра. 47
ВЕЛИЧИНА ЕСТЕСТВЕННОЙ ОБЛУЧЕННОСТИ Естественная облученность, так же как л ее спект- ральный состав, зависит от высоты стояния солнца над горизонтом (табл. 6). Солнечный луч, проходя через земную атмосферу, проделывает различной длины путь в зависимости от вы- соты солнца над горизонтом в данный момент. Чем ниже солнце над горизонтом, тем меньше солнечного излуче- ния доходит до поверхности земли. Когда солнце нахо- дится на самом горизонте (0,5°), путь, проходимый сол- нечным лучом в атмосфере, будет в 35 раз длиннее, чем при положении солнца в зените, что видно из следующих данных: Высота солнца над горизонтом, ° . . 90 60 30 10 5 3 0,5 Относительная дли- на пути солнечного луча в атмосфере 1,0 1,2 2,0 5,6 10,4 15,4 35,4 Приведенные цифры хорошо иллюстрирует рис. 13. Рис. 13. Относительная длина пути солнечного луча в атмосфере в зависимости от высоты солн- ца над горизонтом Интенсивность солнечного излучения характеризуется так называемой солнечной постоянной, т. е. тем коли- чеством энергии, которое падает на площадь в 1 см2 за 1 мин на границе атмосферы. Солнечная постоянная близ- ка к 2 кал/см2-мин (1398 Вт/м2). У земной поверхности облученность значительно меньше. Ее значение опреде- ляется двумя факторами: высотой солнца над горизонтом и прозрачностью атмосферы. На широте Москвы (56° с. ш.) естественная облучен- ность колеблется от 0,39 зимой до 1,43 кал/см2-мин ле- том (или от 272 до 1000 Вт/м2), когда высота солнца достигает 60°. Поверхность, расположенная периендику- 48
\ Таблица 6 Высота солнцестояния в полуденные часы на различных широтах в пределах СССР (°) Дата Широта, ° 35 40 45 50 55 60 65 70 Январь 1 31 26 21 16 11 6 2 -3 11 33 28 23 18 13 8 3 —1 21 35 30 25 20 15 10 5 0 31 38 33 28 23 18 13 8 3 Февраль 10 40 36 31 26 21 16 11 6 21 44 39 34 29 24 19 14 9 Март 2 47 42 38 32 27 22 17 12 12 51 46 41 36 31 26 21 16 22 55 50 45 39 35 30 25 20 Апрель 1 60 55 50 44 40 35 30 25 И 64 58 54 48 44 38 34 29 21 67 62 57 51 47 42 37 32 Май 1 70 66 60 54 50 45 40 35 11 73 68 62 57 53 48 43 37 21 75 • 70 64 59 55 50 45 40 31 76 71 65 60 57 52 4/ 41 Июнь 10 77 72 67 62 57 53 48 42 20 78 73 68 63 58 53 48 43 30 77 73 67 63 58 53 48 43 Июль 10 76 72 66 62 57 52 47 42 20 75 70 65 60 55 50 45 40 30 73 68 63 58 53 49 43 39 Август 9 70 66 61 53 51 46 41 36 19 67 63 58 53 48 43 38 33 29 64 59 54 49 44 39 34 29 Сентябрь 8 61 56 51 46 41 35 31 26 18 57 52 47 42 36 32 27 22 28 54 48 43 38 33 28 23 18 Октябрь 8 49 44 39 34 29 24 19 14 18 45 40 35 30 26 20 15 11 28 41 30 31 26 22 16 11 6 Ноябрь 7 38 33 28 23 18 13 8 2 17 36 31 26 22 16 11 6 1 27 34 29 24 19 14 8 4 — 1 49
4 Продолжение табл. Широта, ° Дата 35 40 45 50 55 60 65 70 Декабрь 7 32 27 22 17 12 7 2 —2 17 31 26 21 16 11 6 2 -3 27 31 26 21 16 II 6 2 -3 лярно к падающим лучам, называется нормальной. Со- ответственно с положением солнца на небосводе она по- стоянно меняет свое положение. Количество излучения (облученность), падающее на нормальную поверхность, изменяется мало. На горизонтальной же поверхности с уменьшением угла солнцестояния уменьшается количе- ство излучения, падающее на единицу площади (табл. 7). Вот почему зимой «светит да не греет». Таблица 7 Зависимость естественной освещенности горизонтальной поверхности от высоты солнца Высота солнца,0 Освещенность, клк прямая рассеянная суммарная 0 0,0 0,5 0,5 5 1,5 2,7 4,2 10 5,8 4,6 10,4 30 32,3 9,5 41,8 55 72,4 14,5 86,9 На широте Москвы, на открытом месте летом в пол- день, освещенность поверхности, перпендикулярной лу- чам солнца (т. е. нормальной), составляет 80—100 клк. Освещенность горизонтальной поверхности, на которую падают косые лучи солнца, в это время снижается до 60—65 клк (рис. 14). Такая высокая освещенность необязательна теплич- ным растениям в средней полосе европейской части СССР. Большинство из них в зависимости от своих фи- 50
энологических особенностей растет и даже плодоносит при освещенности от 8 до 20 клк. Зимой вследствие низкого стояния солнца над гори- зонтом и большой облачности суммарная освещенность на поверхности земли в полдень на открытом месте до- стигает всего 4—5 клк, что примерно в 15 раз меньше освещенности в эти же часы летом. Еще меньше лучистой Часы суток Рис. 14. Суточный ход освещенности солнцем горизонтальной поверх- ности энергии попадает на землю зимой в утренние и послепо- луденные часы. Вследствие отражения и поглощения из- лучения элементами конструкции и стеклом освещенность в теплицах уменьшается примерно вдвое по сравнению с освещенностью на открытом месте. Если теплица имеет толстые переплеты и тем более мутные или грязные стек- . ла, то естественное излучение, проникающее в нее, со- ставляет всего около '/3 наружного (табл. 8). Таким образом, освещенность в теплицах зимой со- ставляет всего '/50 или даже '/юо от полной летней. 51
Таблица 8 Естественная освещенность (клк) снаружи и внутри теплиц зимой в средней полосе европейской части СССР Месяцы Освещенность Месяцы Освещенность наруж- ная в теп- лице наруж- ная в теп- лице Сентябрь . . . 39,1 11,5 Январь .... 6,2 2,0 Октябрь . . . 23,0 4,0 Февраль . . . 14,8 4,0 Ноябрь .... 11,2 2,0 Март .... 31,0 9,0 Декабрь . . . 4,2 1,0 Апрель .... 42,6 13,0 Таким образом, в течение 4—5 месяцев в году естест- венная облученность внутри теплиц совершенно недоста- точна для выращивания овощных растений. При такой слабой освещенности могут существовать только много- летние декоративные растения или растения, предвари- тельно выращенные на открытом месте в конце лета или в начале осени. Видимое излучение, или свет, — основной источник энергии для фотосинтеза, поэтому вполне понятно, что с увеличением освещенности в известной степени пропор- ционально будет возрастать и интенсивность фотосин- теза. Для большинства растений эта закономерность со- храняется в пределах освещенности до 20—40 клк. При усилении освещенности увеличение фотосинтеза будет отставать от нарастания освещенности и, наконец, оста- новится на определенном уровне. При дальнейшем уве- личении освещенности фотосинтез ослабляется. В растительных клетках наряду с процессами созда- ния и усвоения органических веществ непрерывно (днем и ночью) происходят процессы распада, а затем окисле- ния 'этих веществ. Сложные органические соединения окисляются с помощью кислорода, поглощаемого расте- ниями из воздуха, причем конечными продуктами рас- пада являются углекислый газ и вода. Процесс окисле- ния органических соединений носит название дыхания и осуществляется во всех без исключения клетках расте- ния. Таким образом, дыхание — процесс, противополож- ный фотосинтезу, в течение которого под действием из- лучения поглощаются углекислый газ и вода, а выделя- ется кислород. 52
При высоком уровне облученности растений фотосин- тез происходит во много раз энергичнее дыхания, поэто- му в растении накапливаются органические вещества. По мере уменьшения облученности процесс фотосинтеза ста- новится все слабее и слабее. Наконец, наступает такой момент, когда интенсивность фотосинтеза и дыхания уравнивается. Такое состояние равновесия носит назва- ние компенсационной точки. При дальнейшем уменьше- нии облученности начинает преобладать дыхание, и рас- ход органических веществ превышает их накопление. При преобладании дыхания над фотосинтезом у растений сна- чала прекращается рост и начинается сбрасывание листь- ев, а затем наступает их гибель. Интенсивность дыхания у растений не всегда одина- кова. Молодые растущие органы (особенно цветки) ды- шат сильнее, чем старые, прекратившие рост. При повы- шении температуры воздуха интенсивность дыхания быстро возрастает, а потеря органических веществ уве- личивается. У светолюбивых растений компенсационная точка на- блюдается при сравнительно высокой освещенности (у горчицы при 900 лк), у теневыносливых она значительно ниже (у овса при 300 лк). Если растения находятся в темноте и совсем не по- лучают видимого излучения (света), то хлорофилл в листьях не образуется. Растения вырастают бледно-жел- тыми, с вытянутыми слабыми стеблями и мелкими недо- развитыми листьями. Такие растения называются этиоли- рованными. При слабой освещенности зимой в теплицах растения по ряду признаков похожи на этиолированные: у них сильно вытянутые бледно-зеленые стебли, слабая корневая система и тонкие нежные недоразвитые листья. У таких растений наблюдается рост только вегетативных частей (стебли, листья, корни) и очень слабый фотосин- тез; цветение и плодоношение, как правило, отсутствуют. По мере увеличения освещенности растения приобретают все более нормальный вид: стебли утолщаются, листья становятся темно-зелеными и значительно крупнее; на- ступает цветение и плодоношение. В 1923—1924 гг. для определения возможности выра- щивания растений в течение всего года акад. Н. А. Мак- симов применил метод фитометра. Этот метод позволяет дать оценку естественного облучения каждой конкретной теплицы. В качестве растения-индикатора Н. А. Макси- 53
Астрономическая длина дня в пределах СССР Г еографическая Даты 35 40 45 Январь, 20 10 ч 10 мин 9 ч 46 мин 9 ч 18 мин Февраль, 20 11 ч 06 мин 10 ч 54 мин 10 ч 40 мин Март, 17—18 12 ч 00 мин 12 ч 01 мин 12 ч 01 мин Апрель, 20 13 ч 13 мин 13 ч 27 мин 13 ч 43 мин Май, 20 14 ч 07 мин 14 ч 31 мин 15 ч 01 мин Июнь, 19—22 14 ч 31 мин 15 ч 02 мин 15 ч 38 мин Июль, 20 14 ч 12 мин 14 ч 38 мин 15 ч 09 мин Август, 20 13 ч 20 мин 13 ч 3'6 мин 13 ч 52 мин Сентябрь, 25—26 12 ч 02 мин 12 ч 01 мин 12 ч 00 мин Октябрь, 20 11 ч 10 мин 10 ч 59 мин 10 ч 47 мин Ноябрь, 20 10 ч 13 мин 9 ч 51 мин 9 ч 23 мин Декабрь, 20—23 9 ч 48 мин 9 ч 19 мин 8 ч 44 мин мов в течение года (с ноября) выращивал в теплице ку- стовую фасоль. Посев проводился каждые 14 дней, а уборка урожая —- каждые 28 дней. Качество семян, поч- ва, полив и другие агротехнические условия сохранялись постоянными. Опыт показал, что в Ленинграде (60° с. ш.) растения, выращиваемые с 20 октября по 12 января, не давали привеса сухого вещества. Наоборот, их вес умень- шался, так как часть запасов семени была истрачена на дыхание. Только после 25 февраля растения накаплива- ли сухое вещество за счет усвоения солнечного излуче- ния. По требованию к величине облученности, обусловли- вающей получение с.-х продукции, овощные растения можно разделить на три группы. Первая группа — рас- тения, наиболее требовательные к высокой освещен- ности: томаты, огурцы, фасоль, цветная капуста (рас- сада), кабачки, баклажаны, перец. Вторая группа — растения, удовлетворяющиеся средней освещенностью: редис, укроп, шпинат. Третья группа — растения, расту- щие при малой освещенности: лук на перо, свекла на лист, цветная капуста (доращивание осенью), петрушка на зелень. В средней полосе растения первой и второй групп нельзя выращивать без дополнительного облучения с ок- 54
Таблица 9 (по В. В. Шаронову) широта, ° 50 55 8 ч 45 МИН 8 ч 00 МИН 10 ч 23 мин 10 ч 03 мин 12 ч 00 мин 12 ч 00 мин 14 ч 02 мин 14 ч 27 мин 15 ч 37 мин 16 ч 23 мин 16 ч 23 мин 17 ч 23 мин 15 ч 47 мин 16 ч 36 мин 14 ч 14 мин 14 ч 41 мин 12 ч 00 мин 11 ч 58 мин 10 ч 31 мин 10 ч «2 мин 8 ч 51 мин 8 ч 09 мин 8 ч Об мин 7 ч 09 мин 60 65 70 7 ч 01 мин 5 ч 32 мин 0 ч 00 мин 9 ч 37 мин 9 ч 03 мин 8 ч 09 мин 11 ч 58 мин 12 ч 01 мин 12 ч 00 мин 14 ч 59 мин 15 ч 45 мин Гб ч 58 мин 17 ч 30 мин 19 ч 22 мин 24 ч 00 мин 18 ч 53 мин 21 ч 49 мин 24 ч 00 мнн 16 ч 36 мин 19 ч 44 мин 24 ч 00 мин 15 ч 16 мин 16 ч 08 мин 17 ч 28 мин И ч 58 мин 11 ч 58 мин 12 ч 04 мин 9 ч 46 мин 9 ч 17 мин 8 ч 27 мин 7 ч 12 мин 5 ч 47 мин 2 ч 32 мин 5 ч 51 мин 3 ч 43 мин 0 ч 00 мин тября по январь. Растения третьей группы можно выра- щивать круглый год, но в зимние месяцы урожаи будут значительно ниже. Следовательно, в теплицах без допол- нительного облучения светолюбивые культуры можно вы- ращивать лишь с марта по сентябрь, а теневыносливые — с февраля до октября за счет солнечных дней в эти ме- сяцы. В остальные месяцы (октябрь — февраль) выра- стить нормальные плодоносящие растения в теплице не- возможно. При комнатной культуре растений важно также знать изменение облученности в комнате на разном расстоянии от окна. Если облученность за окном принята за 100%, то в комнате она составляет: На расстоянии от окна 0,5 м » » » » 1,0 » . » » » » 1,5 » . » » » » 2,0 » . 29,9% 18,0% 11,6% 7,6% ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОБЛУЧЕНИЯ В ТЕЧЕНИЕ СУТОК Важное значение в жизни растений имеет продолжи- тельность светлого периода суток. К длине дня растения относятся по-разному. Растениям короткого дня во вре- мя перехода к генеративному развитию требуется свет- 55

лого периода не более 12 и не менее 8 ч в сутки. Такая длина дня способствует впоследствии более быстрому на- ступлению цветения и плодоношения. К этой группе от- носятся огурцы, некоторые сорта томатов и фасоли, бак- лажаны, перец и др. Растения длинного дня, наоборот, ускоряют цветение при длине дня 14—17 ч в сутки. В эту группу входят салат, редис, шпинат. Однако наибольший урожай эти культуры дают при коротком дне. К группе растений короткого дня относятся обычно растения юж- Рис. 16. Число астрономически светлых часов и реальных часов солнечного сияния на широте Москвы в зависимости от времени года ного происхождения, а к группе растений длинного дня — северного. Но и здесь есть исключения. Например, тома- ты, являющиеся по своему происхождению южными ра- u стениями, имеют сорта, которые совершенно нормально растут и плодоносят при длине дня 15—16 ч в сутки. Астрономическая длина дня в пределах СССР очень варьирует в зависимости от географической широты и времени года (табл. 9). На юге СССР длина дня колеб- лется от 10 до 14 ч. На Крайнем Севере (за Полярным кругом) зимой света нет, а летом стоит непрерывный день. Длина светлого периода суток летом в средней по- 57
лосе СССР достигает 16 —17 ч. Зимой она уменьшается до 6-—7 ч (рис. 15). Однако длина дня, используемая растением для накопления органических веществ в про- цессе фотосинтеза, значительно меньше астрономичес- кой. Летом она составляет 14 ч, а зимой не более 3 ч в Месяцы Рис,-17. Продолжительность периода с уровнем естествен- ной облученности, достаточной для нормального роста растений (по Н. Н. Протасовой) сутки (рис. 16). Объясняется это тем, что утром и вече- ром у растений при недостаточной освещенности трата органического вещества на дыхание превышает его на- копление. Для фотопериодической реакции растению не- обходимо значительно меньшая освещенность, чем это требуется для накопления органического вещества (10— 20 лк). 58
Таким образом, длина дня, оказывающая фотоперио- дическое действие, равна или больше астрономической. Как упоминалось выше, помимо продолжительности светлого периода суток, на процессы развития сильное влияние оказывает спектральный состав излучения. Наи- более активно действует красное излучение. Оно значи- тельно ускоряет цветение растений длинного дня и за- держивает его у растений короткого дня. Синее излуче- ние влияет слабее и при малой интенсивности восприни- мается растением как темнота. Известно, что некоторые растения короткого дня (фасоль) быстрее переходят к цветению и плодоношению под люминесцентными лампа- ми, в излучении которых преобладает синяя часть спект- ра, а растения длинного дня (пшеница) — под лампами ксеноновыми или накаливания, максимум излучения ко- торых приходится на красное и инфракрасное излучение. Таким образом, зимой в теплицах средней полосы и на севере СССР естественная облученность растений не- достаточна. Длина дня мала, в 2—3 раза короче, чем ле- том, облученность в 50—100 раз меньше, и, наконец, спектральный состав излучения в зимний период из-за недостатка коротковолнового сине-фиолетового и ультра- фиолетового излучения не позволяет вырастить нормаль- ные по форме растения. Многочисленные опыты, прове- денные в научно-исследовательских учреждениях, и прак- тика тепличных хозяйств показали, что без дополнитель- ного искусственного облучения в зимнее время в тепли- цах нельзя вырастить нормальные растения (овощи, цве- ты, ягоды и др.) (рис. 17).
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ ИСТОЧНИКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИИ Источниками искусственного оптического излучения в светокультуре растений служат электрические лампы различных типов. Для успешного выращивания растений желательно, чтобы эти источники удовлетворяли следу- ющим требованиям: 1. Спектральный состав излучения ламп должен в наибольшей степени способствовать осуществлению ос- новных физиологических процессов. Для этого необходи- мо, чтобы в спектре были все участки видимого излуче- ния с преобладанием красных, синих и фиолетовых лу- чей, а также небольшая доля длинного ультрафиолето- вого и короткого инфракрасного излучения. Излучение короче 290 нм не должно попадать на растения. 2. Лампы не должны излучать большое количество тепла, так как это нарушает нормальный обмен веществ в растениях, приводит к преждевременному цветению, плодоношению и, как правило, меньшему урожаю. 3. Лампы с соответствующей арматурой должны быть экономичны, т. е. создавать достаточную фотосинтетиче- ски активную облученность при возможно меньшем по- треблении электроэнергии. 4. Лампы и арматура должны возможно меньше за- тенять растения от естественного излучения. Хотя в зим- ние месяцы растения живут главным образом за счет искусственного излучения, пренебрегать естественным не следует. Даже в самые темные месяцы естественное из- лучение приносит большую пользу растениям. Его роль особенно быстро возрастает, начиная с конца января, когда увеличивается длина дня и часто бывают ясные солнечные дни. 5. Лампы и арматуру следует размещать так, чтобы они, не мешая агротехническим мероприятиям, обеспе- чили бы равномерное облучение растений. 60
6. Лампы и арматура должны соответствовать тре- бованиям техники безопасности в помещениях с высокой влажностью воздуха и почвы. В настоящее гремя наиболее распространены газо- разрядные лампы: люминесцентные, дуговые ртутно-лю- минесцентные и ксеноновые разных типов и марок. Дру- гие газоразрядные лампы, характеризующиеся линейча- тым спектром (неоновые, ртутные, натриевые и др.), представляют интерес пока только для специальных ис- следований в различных областях фотобиологии. Лампы накаливания, в свое время сыгравшие поло- жительную роль в развитии светокультуры и различных областей светофизиологии растений (фотосинтез, фотопе- риодизм и т. п.), в практической деятельности теперь отошли на второй план. Использовать их для выращива- ния растений можно только в отдельных случаях. Значе- ние ламп накаливания, безусловно, сохраняется для ис- следовательских работ по светофизиологии растений (изучение энергетического баланса, температуры листь- ев, монохроматические исследования и т. п.). Учитывая современную значимость различных ламп для светокультуры растений, охватывающую их светотех- нические, агротехнические, биологические и экономиче- ские показатели, их описание дается в следующем по- рядке: I. Газоразрядные лампы: II. Лампы накаливания: 1) люминесцентные — ЛЛ 2) дуговые ртутные лю- минесцентные ДРЛ (в том числе ДРЛФ, ДРИ, ХЛРГ, ЛОР и др) 3) ртутные — Рт 4) ксеноновые — Кс 5) натриевые — На 6) неоновые — Не J) нормальные — ЛН 2) зеркальные — ЗН 3) с иодным циклом — НИК После описания основных источников излучения дает- ся краткое описание установок, которые употребляются при выращивании растений. Газоразрядные лампы Источник лучистой энергии в газоразрядных лампах — излучение газов или паров металлов, возникающее под действием проходящего через них электрического тока, 61
т. е. при газовом разряде. Излучение электрического раз- ряда в газе часто характеризуется прерывистым, или ли- нейчатым, спектром. Граница и характер спектра опре- деляются типом газа и условиями разряда. Излучение может быть не только видимое, но и ультрафиолетовое или инфракрасное. В отдельных случаях (лампы люми- несцентные и ДРЛ) излучение газа сочетается с излу- чением люминофора. Это позволяет создать источники излучения с непрерывным спектром любого состава и с высокой отдачей лучистой энергии. Газоразрядные лампы обладают падающей вольт- амперной характеристикой, поэтому к каждой лампе по- следовательно включается балластное сопротивление, ограничивающее ток в цепи лампы и обеспечивающее ее устойчивое горение. Кроме того, для зажигания лампы требуется более высокое напряжение, чем во время го- рения. Балластным сопротивлением чаще всего служат дроссели. Газоразрядные лампы представляют собой гермети- зированную стеклянную или кварцевую колбу. В нее впаяны электроды, между которыми происходит разряд. Внутреннее пространство лампы освобождено от воздуха и заполнено определенным газом (ксенон, неон) или не- большим количеством паров металла (ртуть, натрий). Люминесцентные лампы 1 Это весьма распространенный тип газоразрядных ламп, используемых для облучения растений. Впервые люминесцентные лампы были созданы в СССР в конце 30-х годов коллективом физиков под руководством акад. С. И. Вавилова. Люминесцентные лампы низкого давления представ- ляют собой тонкие белые стеклянные трубки, диаметр и длина которых зависит от мощности ламп (табл. 10). На обоих концах стеклянной трубки укреплены двух- штырьковые цоколи, которые служат для крепления ламп в специальных патронах. Цоколи соединены с элек- тродами, находящимися внутри трубки. Электроды пред- 1 В некоторых странах их называют флуоресцентными. Этот термин иногда встречается в переводной литературе. 62
Таблица 10 Размеры люминесцентных ламп Мощность, Вт Напряже- ние, В Размеры ламп, мм внешний диаметр полная длина длина без штырьков диаметр цоколя 15 127 27 t0 451,6 437,4 27 30 220 26-ЬЗ 908,8 894,6 27 40 220 40 ±4 1213,6 1199,4 40 80 220 40±4 1514,2 1500,0 40 ставляют собой двойную вольфрамовую спираль, покры- тую слоем окиси бария или других щелочноземельных металлов. Электрическая энергия, подводимая к люми- несцентной лампе, вызывает электрический разряд в па- рах ртути, которыми наполнена лампа. Ультрафиолетовое излучение ртутного разряда погло- щается тонким слоем люминофора (тонкокристалличе- ский порошок), нанесенного на внутренние стенки труб- ки, и вызывает его свечение (фотолюминесценцию). Та- ким образом, светящийся состав (люминофор) превра- щает невидимое ультрафиолетовое излучение в видимое излучение. Небольшая часть ультрафиолетового излуче- ния (длиннее 300 им) проходит через стекло и попадает на растения. В зависимости от химического состава люминофора излучение ламп может быть разного цвета: белого, си- него, зеленого, розового, красного. В последнее время были изменены названия отдель- ных люминесцентных ламп, отличающихся по цветности излучения. Так, лампы ДС (дневной свет) теперь назы- вают ЛД, а с улучшенной цветопередачей — ЛДЦ; ХБС (холоднобелый свет) — ЛХБ; БС (белый свет) — ЛБ (рис. 18); ТБС (теплобелые) — ЛТБ. Лампы ЛД имеют цветовую температуру 6500 К — их цветность соответствует цвету голубого неба без солн- ца; лампы ЛХБ — 4800 К, что соответствует небу, по- крытому тонким слоем белых облаков; ЛБ — 4200 К, что соответствует яркому солнечному дню; ЛТБ — 2800 К, что соответствует цветности ламп накаливания. Однако надо помнить, что совпадение цветовой тем- пературы не означает полного совпадения со спектраль- ным составом излучения. 63
В светокультуре растений большое распространение имеют лампы дневного и белого света, в спектре излуче- ния которых варьируют различные оттенки рассеянного дневного света в летний день. Для зажигания люминесцентной лампы необходимо устройство, обеспечивающее предварительный подогрев электродов. Таким устройством служит стартер, т. е. ма- ленькая неоновая лампочка в металлическом или пласт- массовом футляре. В момент включения лампы в сеть стартер находится под полным напряжением и в нем воз- никает тлеющий разряд. Электроды стартера нагрева- ются, и один из них, сделанный из биметалла, изгибается до соприкосновения с другим. В результате этого они Рис. 18. Спектр излучения люминесцентных ламп: слева — ЛДЦ, справа — ЛБ замыкаются, и катоды ламп накаливаются проходящим через них током. Люминесцентные лампы чутко реагируют на падение напряжения в сети. Например, лампы с номинальным напряжением 220 В не загораются при падении напряже- ния в сети до 190 В, что иногда бывает в тепличных хо- зяйствах, удаленных от магистральных линий энергопе- редачи. В то же время при изменении напряжения в се- ти на 1 % лучистый поток люминесцентных ламп также изменяется на 1%. У ламп накаливания это изменение составляет около 3,0%. При этом световая отдача у лю- минесцентных изменяется на 0,44%, а у ламп накалива- ния — почти на 2%. 64
Срок службы люминесцентных ламп по ГОСТ 6825—70 составляет 10 000 ч. Частое включение и выклю- чение ламп быстро сокращает его. В тепличных хозяйст- вах условия эксплуатации более благоприятны, так как там лампы обычно горят без перерыва по 10—12 ч в сутки и более. По мере эксплуатации ламп их световой поток постепенно уменьшается. По этой причине в по- следние годы в исследовательских организациях для поддержания постоянной высокой облученности опытных растений через каждые 1000 ч горения примерно одну пятую часть ламп заменяют в определенной последова- тельности новыми. Для лучшей работы ламп рекомен- дуется температура воздуха 20—25° С. При температуре около 5° С лампы зажигаются плохо, а светоотдача уменьшается. При температуре выше 35°С их эксплуа- тация не допускается. Относительная влажность воздуха свыше 65% ухуд- шает условия зажигания люминесцентных ламп. Для устранения этого поверхность ламп рекомендуется по- крывать гидрофобной защитной пленкой. Температура стекла лампы, непрерывно горящей 15—20 ч, не превы- шает 45—50° С. Световой поток люминесцентных ламп увеличивается с повышением их мощности. При равных затратах элект- роэнергии крупные лампы излучают больше света, чем мелкие (табл. 11). Таблица 11 Светотехнические и электрические характеристики люминесцентных ламп Мощность ламп, .В г Напряжение, В Сила тока ламп, А Световой потс.к, - лм Световая отдача, лм/Вт в сети в лам- пе ЛДЦ ЛБ ЛДЦ ЛБ 15 127 54 0,33 460 710 30 47 30 220 104 0,35 1320 1960 44 65 40 220 103 0,43 1750 2800 44 70 80 220 102 0,88 3225 4880 40 61 За последние годы значительно возросла. мощность люминесцентных ламп В США начали выпускать лампы 3 Зак. 3854 65
мощностью 400 Вт. Длина каждой лампы около 2,5 м. Такие лампы обеспечивают световой поток до 20 тыс. лм. Применение крупных ламп (при создании облуча- тельной установки, равной удельной мощности) позволя- 6 Рис. 19. Спектры излучения люминес- центных фитоламп: Д—ЛФ-40-1; Б — ЛФ-40-2; В—L. Fluora Об
ет сократить число пусковых приспособлений (стартеров и дросселей) и значительно уменьшить расходы на мон- таж установок. При светофизиологических исследовани- ях иногда используют цветные люминесцентные лампы с широким спектром излучения. К ним относятся: красные (Л-37) с максимумом излучения 560—620 нм, синие (Л-30) с максимумом излучения 430—540 нм, зеленые (К-35) с максимумом излучения 530 нм и др. За последние годы в ряде стран на базе обычных лю- минесцентных ламп начали выпускать специальные лам- пы для выращивания растений с особым люминофо- ром — фитолампы. Спектральные кривые излучения этих ламп близки к спектральным кривым фотосинтеза и син- теза хлорофилла, особенно в зонах 400—590 и 600— 700 нм. В СССР люминесцентные лампы подобного ти- па— ЛФ-40-1 и ЛФ-40-2 (рис. 19) созданы и изготовле- ны Всесоюзным научно-исследовательским светотехниче- ским институтом (ВНИСИ), а затем совместно с Инсти- тутом электрификации ВАСХНИЛ (ВПЭСХ) испытаны в лаборатории искусственного климата Тимирязевской академии. Предварительные исследования показали, что эффективность фитоламп на 20—30% выше, чем у серий- но выпускаемых осветительных ламп типа ЛДЦ или ЛБ той же мощности. Аналогичные по устройству и спектральному составу излучения лампы выпускаются и в других странах: ГДР (Lumoflor), США (Grolux), Японии (Plantalux), Фин- ляндии (Floralux). На рис. 19 изображена кривая рас- пределения излучения лампы фирмы Osram (ФРГ) — «L. Flu or а». Дроссели, необходимые для поддержания нормально- го режима горения ламп, обычно монтируют в отдельном железном ящике со сквозными отверстиями для венти- ляции и уменьшения нагрева. Ящик соединяют с облуча- тельной рамой гибким резиновым шлангом, внутри ко- торого находятся провода, соединяющие дроссели с лам- пами. Длина шланга не ограничена. Поэтому ящики с дросселями можно помещать в стороне на любом рас- стоянии от рам (рис. 20). В облучательных установках для теплиц, изготовляе- мых в ГДР (Praxisaggregat), — РА-57 и РА-62 —дрос- сели смонтированы над осветительной рамой с лампами, что в значительной степени повышает вес установки и может вызвать перегрузку конструкции теплицы. 3* 67
Быстрое и надежное зажигание обеспечивается у ламп, у которых поверхность стеклянной трубки покрыта пленкой из четыреххлорного олова (ЛБ-40 бп). Прозрач- ность пленки достигает 94%. Лампы этого типа могут применяться в районах с пониженным напряжением сети. Рис. 20. Рама с люминесцентными лампами и дроссельный ящик Чтобы растения максимально использовали излуче- ние ламп, их обычно монтируют параллельно на металли- ческой или деревянной прямоугольной раме с интерва- лами между продольными осями трубок от 35 до 90 мм. Размер рамы определяется длиной лампы и площадью, которую надо облучать. Рамы с люминесцентными лам- пами помещают горизонтально над растениями или вер- 68
тикально между рядами растений. Горизонтально их располагают при выращивании рассады или низкорос- лых растений; вертикально — при выращивании на пло- доношение более высоких растений (томаты, кукуруза, пшеница). В помещениях без естественного излучения или при слабой облученности в теплицах применяют отражающие экраны (один на раму) из полированного алюминия, же- сти или окрашенного железа. Невысокая температура на Рис. 21. Облученность и освещенность под горизонтальной ра- мой с люминесцентными лампами ДС-30 при’ удельной мощности 450 Вт/м2 / — с белым экраном; 2— без экрана поверхности люминесцентных ламп допускает также ис- пользование в качестве экрана белого картона, бумаги или побеленной фанеры, которые необходимо пропитать огнестойким раствором. Особенно высокое отражение да- ет экран, покрытый специальным раствором: BaSO4 — 1000 вес. ед.; кинопленка — 26; ацетон— 1300 вес. ед. Для повышения коэффициента отражения и улучше- ния вентиляции экран рекомендуется помещать на рас- стоянии 2—3 см от ламп Применение отражающих экранов позволяет увели- чить облученность и освещенность растений на 30—40% 69
(рис. 21). Чем выше будет коэффициент отражения экра- на, тем больше лучистой энергии попадет на растение. В последнее время в теплицах стали применять полуав- томатические экраны из мягких материалов, свертываю- щихся в трубку, что позволяет ими пользоваться в за- висимости от наличия или отсутствия солнечного излу- чения (полиэтиленовая пленка, покрытая алюминием). Экранированные рамы, приближенные к растениям до 5 см, повышают около них температуру воздуха на 2— 5° С по сравнению с температурой помещения. Поэтому общую температуру воздуха в помещении надо соответ- ственно понижать. По мере удаления растений от горизонтальных или вертикальных рам облученность и освещенность умень- шаются, но значительно слабее, чем при удалении от ламп накаливания, так как источником излучения в дан- ном случае является плоскость, а не точечный источник (табл. 12). Таблица 12 Облученность н освещенность растений под люминесцентными лампами ДС-30, смонтированными на рамах с интервалами 60 мм Расстояние между растениями и рам.-й, см Без зкрана С гкранам облученность в области ФАР, Вт/м2 ссвеи’еннссть, клк облученность в <б ласт и ФАР, Вт/м2 ссвешенность клк 2 30,0 7,5 48,0 12,0 5 28,0 7,0 14,0 11,0 10 26,0 6,5 40,0 10,0 15 24,4 6,1 35,0 9,0 25 22,0 5,5 30,0 7,5 50 14,0 3,5 18,0 4,5 Суммарная облученность и освещенность растений, находящихся между вертикальными рамами, зависит от частоты размещения рам и количества ламп. При рас- стоянии между рамами 50 см (удельная электрическая мощность 450 Вт/м2) освещенность на поверхности листь- ев колеблется от 5 до 7 клк, а фотосинтетически активная облученность — от 20 до 28 Вт/м2. При расположении рам на расстоянии 100 см одна от другой освещенность растений снижается до 3,5—5 клк, а облученность — до 14—20 Вт/м2(рис. 22). 70
При культуре растений с боковым облучением между вертикальными рамами с люминесцентными лампами до- стигается равномерное облучение верхних и нижних листьев. В этом случае лучистая энергия ламп исполь- зуется полнее, результатом чего является хорошее со- стояние растений и более высокий урожай. Боковое облу- чение люминесцентными лампами теперь широко рас- пространено. Рис. 22. Облученность и освещенность между вертикальными рама ми с люминесцентными лампами. Расстояние между рамами 100 см. Удельная мощность 300 Вт/м2. Кроме стандартных рам с люминесцентными трубка- ми, предложены оригинальные системы расположения их между растениями как горизонтально, так и вертикаль- но. В безрамном облучателе, предложенном Ю. М. Жи- линским и В Д. Куминым (Московский институт инже- неров сельскохозяйственного производства), люминес- центные лампы соединены между собой металлическими шарнирами, которые позволяют изменять расстояние между ними, т. е. менять удельную мощность. Вертикаль- ное размещение каждой лампы отдельно между растени- ями позволяет наиболее полно использовать их лучистую энергию. Предварительные испытания в теплицах совхо- 71
за «Марфино» (Москва) дали весьма положительные ре- зультаты. Для некоторых декоративных культур с успехом при- меняют облучение растений снизу, когда люминесцентные лампы располагаются ниже листьев. В отдельных случа- ях рамы помещают и сверху, и с четырех сторон вокруг растений, создавая так называемые «световые ящики». Такие установки позволяют выращивать до плодоноше- ния светолюбивые южные культуры: баклажаны, перец и др. Удельная мощность установки достигает 2 кВт/м'2. Передвижение рам по мере роста растений осуществ- ляется либо с помощью блоков и противовесов, либо скольжением вдоль направляющей вертикальной оси с закреплением положения специальными барашками. Другой способ повышения эффективности люминес- центных ламп — создание ламп с направленным свето- распределением. В СССР такие лампы выпускаются под маркой ЛБР-40. Верхний полуцилиндр каждой трубки покрыт отражающим слоем из двуокиси титана и имеет направленное вниз выходное окно с размахом в 130°. Све- товой поток — 3460 лм. Чтобы одним количеством установок облучать два или три участка теплицы по 8—12 ч в сутки, рамы с люми- несцентными лампами поочередно передвигаются по го- ризонтали на довольно большие расстояния (5—10 м и более). Надо сказать, что для выращивания хороших растений этот прием требует строгого соблюдения опре- деленных условий. Облучаемая часть теплицы должна быть наглухо закрыта от той, где растения не облучают. Это требование вызвано биологическими особенностями тепличных культур (томатов, огурцов и др.). Каждое растение для нормального развития и роста должно в течение суток не менее 6—8 ч находиться в темноте при одновременном понижении температуры воздуха на 5— 7° С. Выдерживать эти требования, т. е. устраивать свето- непроницаемые занавески и понижать температуру в ча- сти теплицы, довольно сложно. Поэтому в последнее вре- мя ряд хозяйств отказывается от такого способа исполь- зования облучательных установок. В исследовательских целях горизонтальные рамы с люминесцентными лампами иногда монтируют на карет- ку, постоянно движущуюся над растениями вперед и на- зад со скоростью 10—15 м/мин. Переменное облучение 72
растений способствует их росту и активизирует физио- логические процессы (см. гл. V). Малая единичная мощность люминесцентных ламп, недостаток в их излучении оранжево-красной части спектра,, необходимой для более интенсивного фотосин- теза и правильного формирования растений, побудили к созданию ряда установок, в которых люминесцентные лампы и лампы накаливания смонтированы совместно, но в самостоятельных электрических схемах. Как пока- зали многочисленные исследования, объединение этих двух типов ламп способствует успешному росту растений только в том случае, если облученность от ламп накали- вания будет примерно в 3—5 раз слабее, чем от люминес- центных ламп. На основе благоприятного влияния на растения до- бавления небольшого излучения ламп накаливания было сделано предложение заменить дроссели лампами нака- ливания, включив их в одну электрическую схему, мо- тивируя эту замену удешевлением конструкции, уменьше- нием ее веса, меньшим расходом меди и трансформатор- ной стали. Таким образом, лампы накаливания иногда стали использовать в качестве балластного сопротивле- ния, необходимого для зажигания и горения люминес- центных ламп. При этом для нормальной работы люми- несцентных ламп мощностью 30 Вт вместо дросселя при- меняли лампы накаливания мощностью 40 Вт, а для лю- минесцентных ламп мощностью 40 Вт — лампу 60 Вт на напряжение 127 В. Авторы предложенных конструкций (например, облу- чатель типа ОСТ-10-40), к сожалению, упустили из виду, что совмещенная электрическая схема, помимо указан- ных преимуществ, имеет ряд серьезных недостатков. К последним относится прежде всего большая затрата электроэнергии во время эксплуатации облучательных установок. Вместо дросселя, в котором потери составля- ют 7—9 Вт, приходится ставить лампу накаливания мощ- ностью 40—60 Вт. В современных теплицах, где число люминесцентных ламп при выращивании рассады дости- гает иногда нескольких тысяч, такой прием вызывает ко- лоссальный перерасход электроэнергии и значительно повышает себестоимость единицы продукции. Кроме того, лампы накаливания, работающие с перекалом, быстро выходят из строя, что уменьшает и без того не- большой срок их службы (1000 ч). У люминесцентных 73
ламп ухудшаются условия зажигания и приходится по- мещать вдоль лампы узкую металлическую полосу, сое- диненную с каким-либо электродом лампы. При совмещенной схеме светоотдача люминесцентных ламп падает на 25—38% (Рохлин, 1966), т. е. аннули- руется основное преимущество люминесцентных ламп. И самое главное, в таких установках значительно увели- чивается количество оранжево-красного и инфракрасно- го излучения. Качество растений, выращенных под ком- бинированной установкой, значительно хуже, чем под люминесцентными лампами той же мощности. По расчетам Ф. Казаниева и А. Басова (1959), чтобы получить освещенность рассады огурцов порядка 7 клк, требуется следующая удельная мощность: люминесцент- ные лампы (ЛЛ) — 480 Вт/м2; ЛЛ + ЛН — 770 Вт/м2 и ЛН — 1200 Вт/м2. При этом готовность рассады к пер- вой прищипке под ЛЛ + ЛН или ЛН всего только на 1—3 дня опережает рассаду под ЛЛ. Урожай плодов в варианте ЛЛ %- ЛН был на 8% выше, зато затрата электроэнергии на 43% больше, чем при облучении рас- сады люминесцентными лампами. Весьма перспективный прием повышения эффективно- сти люминесцентных ламп — питание их током высокой частоты. Под руководством Л. Г. Прищепа разработаны и испытаны схемы включения ламп на повышенной ча- стоте (2650 гц). Люминесцентные облучательные. установки, работаю- щие на повышенной частоте, имеют следующие преиму- щества: на 10—30% повышается светоотдача ламп; на 10—-15% увеличивается срок их службы; на 10—20% снижаются потери электроэнергии на балласте; в 3— 5 раз уменьшаются размеры пусковой аппаратуры; упро- щается включение ламп. Другой прием, значительно снижающий расход элек- троэнергии на выращивание растений, — импульсный способ излучения. Автор (О. И. Кузнецов, Ленинградский сельскохозяйственный институт) получил короткие им- пульсы (1 —10 мс) с помощью специальных генераторов на полупроводниковых управляемых вентилях — тиристо- рах, обладающих высоким КПД. Досвечивание огуреч- ной рассады импульсным методом значительно ускорило ее выгонку и сократило расход электроэнергии в два ра- за. Испытания в теплицах Ленинграда (фирма «Лето») подтвердили перспективность предложения. 74
Лампы типа ДРЛ Рис. 23. Лампа ДРЛ: 1 — кварцевая трубка газоразрядная; 2 — стеклянная колба, 3 — ' слой люминофора Другим источником физиологически активного излу- чения является лампа ДРЛ — дуговая ртутно-люминес- центная с люминофором. В английской литературе она именуется MBF или MBU, в немецкой — HPL или HQL, во французской — MAF и т. д. Каждая лампа состоит из двух компонентов: небольшой квар- цевой трубки, в которой происходит дуговой разряд в парах ртути, и внешней каплеобразной стеклянной колбы. Внутренние стенки колбы покрыты термостойким люминофо- ром, который частично преобразует длинноволновое ультрафиолетовое излучение ртути в оранжево-красное (рис. 23, 24). Лампы ДРЛ выпускаются четы- рех мощностей (табл. 13). С увели- чением номинальной мощности лам- пы растет и светоотдача от 38 до 46 лм/Вт. Срок службы ламп 6000 ч. Каж- дая лампа имеет индивидуальный пускорегулирующий аппарат, • состо- ящий из дросселя и зажигающего устройства для включения в сеть на- пряжением 220 В. В последнее вре- мя в СССР стали выпускать лампы ДРЛ со сроком службы до 10 000 ч. Помимо двухэлектродных ламп ДРЛ, теперь созданы четырехэлек- тродные. У них значительно упрощена пускорегулирую- щая аппаратура, повышена надежность в работе. Они по- степенно заменяют двухэлектродные лампы. Весьма хорошо себя зарекомендовали лампы типа ДРЛФ-400, сделанные из термостойкого стекла. В верх- ней полусфере они имеют внутренний отражатель, т. е. не нуждаются в специальной арматуре для направления лучистого потока, и не боятся воды. Вместе с пускорегу- лирующей аппаратурой они известны под маркой ОТ-400, т. е. «облучатель тепличный», мощность 400 Вт. Анало- гичные лампы выпускает фирма «Филипс» под маркой HLRG-400 (ХЛРГ-400). Высота их подвеса 0,4—1,5 м. 75
Таблица 13 Характеристика ламп ДРЛ Тип лампы Мощность, Вт Рабочий ток, А Пусковой ток, А Напряже- ние, В Световой поток после 2000 ч горе- ния, лм ДРЛ-250 250 2 5,5 180 10 000 ДРЛ-400 400 4 12 180 17 600 ДРЛ-700 700 6 15 180 30 800 ДР Л-1000 1000 8 18 180 44 000 Лампы типа ДРЛ могут успешно заменить люминес- центные. Они портативнее, меньше затеняют растения от естественного излучения и проще в монтаже. Лампы ДРЛ подвешивают в вертикальном и горизон- тальном положении. При горизонтальном подвешивании их помещают в- прямоугольные арматуры, имеющие от- верстия для вентиляции и внутреннее покрытие с высо- ким коэффициентом отражения (полированный алюми- ний, белая эмаль, сернокислый барий и др.). Основной недостаток облучателя этого типа, например ОСТ-1-500 или ОСТ-1-1000, — сильная неравномерность облучения растений. Эти облучатели сильно затеняют их. При вертикальном подвешивании лампы монтируют в арматурах типа «Универсалы», СЗПД-250 и других из расчета 400—500 Вт на 1 м2 полезной площади. 76
Пускорегулирующий аппарат может быть помещен отдельно в стальном корпусе и соединен с облучателем специальным кабелем. Облучатель передвигается вдоль стеллажей по монорельсу с помощью тянущего троса. Рис. 25. Спектр излучения лампы ДРИ Чтобы обеспечить более равномерное облучение ра- стений, в ряде хозяйств с успехом пользуются движущей- ся установкой системы И. Н. Финкельштейна или пере- двигают лампы вручную по мере необходимости. Для выравнивания облученности вдоль стеллажа можно по- местить полосы полированного алюминия или жести, ко- торые будут отражать облучение сбоку. В последнее время для повышения светоотдачи и из- менения спектра излучения стали выпускать лампы типа ДРЛ с добавлением иодидов металлов под маркой ДРИ (рис. 25), HPI/T. Их называют еще металлогалоидными лампами. Добавление йодистого талия и йодистого нат- рия повышает светоотдачу до 80—110 лм/Вт. Весьма перспективны лампы этого типа, предложен- ные кафедрой оветотехн-ики Мордовского университета 77
(Ф. С. Казанцев), совмещающие иодидынатрия, лития и индия с трехфазным током (ДРИ-Т) мощностью от 200 до 10 000 Вт. Лампа ДРИ-Т-2100 имеет светоотдачу 110 лм/Вт (фитоотдачу 130 мфт/Вт). Срок ее службы 2 тыс. ч. Одним из вариантов ламп ДРИ, созданных для облучения растений, служат лампы типа ЛОР-ЮОО (ДРФ-1000), которые имеют добавки йодидов лития и индия. Максимумы излучения этих ламп находятся в зо- не 450—470 и 660—680 нм. Форма колбы близка к ДРЛ. Благодаря внутреннему отражателю ее светоотдача выше ламп ДРЛ — около 90 лм/Вт. Однако малый срок служ- бы (менее 1000 ч) и большая неравномерность облучен- ности (30—40% при подвесе на высоту 1,1—1,2 на пло- щади 4—5 м2) ограничивает возможности их примене- ния. Ксеноновые лампы В поисках более эффективных источников для искус- ственного облучения растений в лаборатории искусствен- ного климата ТСХА были испытаны дуговые ксеноновые лампы с водяным охлаждением ДКСТВ-6000 (Леман, Фанталов, 1961). Отечественная электропромышленность широко освои- ла выпуск трубчатых ксеноновых ламп мощностью от 1 до 100 кВт. Колбы трубкообразной формы дуговых ксе- ноновых ламп изготовляют из кварца. Внутри имеются два электрода и газ ксенон под давлением в рабочем ре- жиме более 10 атм. Лампы обладают непрерывным спектром излучения в зоне от 200 до 1300 нм. В видимой области спектра излучение лампы близко по спектру к прямому солнечному (табл. 14), но ультрафиолетовое из- лучение с нижней границей около 200 нм и интенсивное инфракрасное с максимумом около 900 нм значительно превышают таковую у солнца. Облученность в зоне ФАР достигает 500 Вт/м2. Эти особенности излучения ксеноновых ламп несколь- ко затрудняют их использование для светокультуры ра- стений, так как последним необходима защита и от ко- ротковолнового ультрафиолетового излучения (стекло), и от теплового излучения (вода, теплофильтры). Из выпускаемых теперь ксеноновых ламп для выра- щивания растений наиболее подходят трубчатые лампы мощностью 6000 Вт с водяным охлаждением ДКСТВ-6000 (табл. 15). 78
Таблица 14 Среднее значение энергии (IP) излучения (%) различных источников в сравнении с дневным светом (по Д. А. Гоухбергу) Участки спектра излучения Спектраль- ный интервал, нм Солнечное излу- чение, W Д W1 лампа ксено- новая ДКСТВ-6000 лампа люми- несцентная ХБС лампа накали- вания 500 Вт Фиолетовый 400—450 15,3 —0,2 -3,2 -10,7 Синий 450—500 18,9 —0,4 -8,2 — 10,2 Зеленый 500—570 17,8 — 1,1 -0,7 - 2,8 Желтый .... . 570- 590 16,9 0,0 7,7 3,4 Оранжевый ...... 590—610 16,1 0,7 7,3 6,6 Красный 610—700 15,0 1,0 —2,9 13,7 1 AW обозначает разницу в значении энергии между данным источником и дневным светом. Таблица 1 5 Сравнительная характеристика ксеноновых ламп мощностью 6000 Вт с водяным охлаждением (по И. С. Маршаку и др.) Показатель Типы ламп ДКСТВ-6000* XBF-60002 Мощность, Вт . . . ... Напряжение питания, В . Напряжение на лампе, В . Ток лампы, А . .... Сила света, кд . . . . .... Световой поток, клм . ... Балластное устройство Коэффициент мощности Длина светящейся части лампы, см . . Расход воды, л/мин Срок службы, ч 6000 220 200 29 20 000 220 Отсутствует 0,93 25 5 Не менее 500 3 6000 220 135 45 18 500 215 Требуется 0,60 11 6 600 1 Выпуск МЭЛЗ. 2 Выпуск Osram. 3 Раньше срок службы отечественных ламп был установлен в 500 ч, но теперь лампы типа ДКСТВ отечественного производства дают нормальный световой поток в течение 2000—2500 ч. 79
У этой лампы кварцевая трубка с заваренными на концах металлическими электродами закреплена в цент- ре стеклянного цилиндра (рис. 26), по которому цирку- лирует дистиллированная вода с температурой на выходе около 50° С. Зажигание трубчатой ксеноновой лампы переменного тока мощностью 6000 Вт с водяным охлаж- дением и поддержание нормального режима горения обеспечивается специальным устройством. Вредные из- бытки коротковолнового ультрафиолетового и ближнего инфракрасного излучения лампы устраняются с по- мощью комбинированного фильтра (стекло толщиной 1,5—2 мм, дистиллированная вода, иногда раствор мед- ного купороса или хлорной меди с достаточной толщи- ной слоя). Для уменьшения доли инфракрасной радиации перспективно применять сухое интерференционное покры- Рис. 26. Ксеноновая лампа с водяным охлаждением типа ДКСТВ-6000 тие стеклянного цилиндра. Такое покрытие практически не изменяет спектральный состав излучения лампы в ви- димой части (рис. 27). Чтобы сильнее снизить долю ИК-излучения, лампы ДКСТВ иногда помещают в двойную рубашку с толщи- ной воды более 20 мм, которая поглощает около 75% ИК-излучения. Рекомендуются также фосфатные тепло- поглощающие стеклянные светофильтры, снижающие ин- фракрасное излучение в области 900—2300 нм на 90— 95%; при этом потеря в области 400—700 нм не превы- шает 10%. Лампа ДКСТВ-6000 хорошо выдерживает перегрузку. Если повысить напряжение в сети до 300 В, лампа даст мощность порядка 16 кВт, световой поток увеличится до 720 клм, светоотдача составит 45 лм/Вт. Основные достоинства ламп ДКСТВ для светокульту- ры растений: а) благоприятный спектральный состав из- лучения; б) большой световой поток; в) отсутствие бал- ластного устройства. Отрицательный момент — необхо- 80
димость в пусковом устройстве и в устройстве для охлаж- дения. Для тепличных хозяйств можно рекомендовать две конструкции облучателей. Первая была создана в 1963 г. О. С. Фанталовым (ТСХА). Она отличается простотой формы, небольшими размерами и малым весом. Все это позволяет легко передвигать ее в зависимости от состоя- Рис. 27. Спектр ксеноновой лампы ДКСТВ-6000 (1 — без покрытия, 2 — с интерференционным покрытием) и ДС-30 (3) ния растений. Высота подвеса 1,3—1,5 м. Поджигающее устройство отделено от лампы и может находиться на любом расстоянии от нее. Охлаждение осуществляется или проточной водопроводной водой, для чего требуется регулярная промывка накипи, или циркулирующей по замкнутой системе дистиллированной водой, что позво- ляет успешно эксплуатировать лампу без промывки в те- чение 30—40 дней. Эта установка дает возможность вы- ращивать невысокие растения п рассаду на площади 81
15—18 м2 при условии расположения ламп в определен- ной системе. Во ВНИСИ разработана промышленная конструкция и изготовлены опытные арматуры для ламп ДКСТВ-6000 с водяным охлаждением. В этой конструкции поджигаю- щее устройство составляет одно целое с лампой и под- вешивается над растениями. Его размеры 0,55X0,29 м, вес выше 40 кг, площадь облучения рассады около 15 м2. Охлаждение ламп осуществляется так же, как и в систе- ме О. С. Фанталова: проточной водопроводной либо ди- стиллированной водой по замкнутому контуру. Установка для ускоренного выращивания растений без естественного излучения -— УВР — создана совмест- ными усилиями коллективов Института физики СО АН СССР (Г. М. Лисовский) и конструкторским бюро ис- точников высокоинтенсивного света Министерства элект- ронной промышленности СССР (В. И. Булыков). Она состоит из трех секций общей площадью 15 м2. Поддоны заполнены керамзитом толщиной 250 мм, в которые по- очередно регулярно подается 250—300 л раствора Кнопа на 7—10 мин. Раствор возвращается в бак самотеком за 12—15 мин. Кроме системы питания, установка имеет единую систему зажигания, водяного охлаждения, конт- роля и управления шестью лампами типа ДКСТВ-6000, т. е. по две лампы на 5 м2 (2,4 кВт/м2). Секции могут располагаться на различном расстоянии друг от друга. Ксеноновые лампы помещаются в облучателях с отра- жателем из альзакалюминия или полированной нержа- веющей стали. Вертикальное перемещение облучателей возможно на 80 или 150 см от поверхности субстрата и поворот в вертикальной плоскости — на ±60° от нор- мального положения. При высоте подвеса 100 см осве- щенность рабочей поверхности составляет около 20— 30 клк при неравномерности ±10—15°/о- УВР предназ- начена для эксплуатации в помещении, имеющем вытяж- ную вентиляцию, при температуре воздуха не более 30° С и относительной влажности до 75% Для охлажде- ния ламп используют дистиллированную воду. Для охлаждения этой воды — проточную воду (1,5—3,0 м3/ч в зависимости от ее температуры). Значительно проще облучательная установка для ксеноновых ламп с воздушным охлаждением — ДКСТ-5000 и ДКСТ-10000. Однако эти лампы имеют зна- чительно меньшую светоотдачу (23—24 лм/Вт) и выде- 82
ляют избыточно много ИК-излучения, вызывающего пе- регрев, деформацию и подсыхание растений. Лампы это- го типа иногда помещают над стеклянной ванной со сло- ем воды 150—200 мм. Такой своеобразный фильтр погло- щает не только УФ и ИК-излучение, но и значительную долю ФАР, что приводит к весьма высоким затратам энергии на единицу сельскохозяйственной продукции. В последних выпусках этих ламп к кварцу прибавля- ют специальные присадки (например, европий — ДКСТЕ) или используют легированный кварц (ДКСТЛ), которые практически снимают коротковолновое (> 300 нм) ультрафиолетовое излучение. Неоновые лампы Из многочисленных типов неоновых ламп в СССР для выращивания растений чаще применяют дуговые типа НД-1 и НД-2 (неоновые дуговые) мощностью 475 Вт, длиной 1,25 м и диаметром 3,5 см. Для зажигания этих ламп требуется довольно сложная аппаратура, состоящая из трансформатора, дросселя и пусковой катушки, гене- рирующей напряжение в момент зажигания в несколько тысяч вольт. Такая лампа обеспечивает достаточную об- лученность растений. На расстоянии 5 см от лампы ин- тенсивность физиологически активной облученности со- ставляет 91,6 Вт/м2, 10 см — 71,6; 20 см—-53,7; 30 см — 39,3; 40 см —28,6; 50 см —21,5; 60 см — 17,5 Вт/м2. Отражатель для ламп НД-1 и НД-2 изготовляется в виде горизонтального опрокинутого полуцилиндра. Хоро- шо известные рекламные неоновые лампы малоэффектив- ны из-за небольшой мощности излучения. Спектральная характеристика неоновых ламп дана в табл. 16, которая показывает, что эти лампы служат источником почти чи- сто красного излучения. Светоотдача ламп невысока — 15—18 лм/Вт. Ртутные лампы У современных ртутных ламп источник лучистой энер- гии — электрический разряд в парах ртути. В зависи- мости от давления паров они делятся на лампы низкого, высокого и сверхвысокого давления. В соответствии с ма- териалом, из которого сделана колба, они делятся на ртутно-кварцевые и ртутно-стеклянные. Ртутно-кварце- 83
Таблица 16 Спектральный состав излучения неоновых ламп Длина ВОЛНЫ, нм Относительная интенсивность линий Длина волны, нм Относительна^ интенс нвность линий Длина волны, нм Относительная интенсивность линий 585,2 11,0 621,7 6,3 667,8 29,0 588,2 8,2 626,6 18,3 671,7 17,8 594,4 13,8 630,5 6,9 629,9 27,5 597,5 3,2 133,4 29 2 702,4 0,5 603,0 3,7 638,3 28,0 703,2 47,0 607,4 13,6 640,2 100,0 717,4 6,8 609,6 21,0 650,4 43,2 724,5 18,8 612,8 0,5 658,3 11,0 743,9 4,7 614,3 35,8 659,2 16,0 808,2 8,5 616,4 9,0 665,2 0,5 -— •— вые лампы бывают трубчатые (ДРТ — раньше ИРК) и шаровые (ДРШ). Мощность ламп колеблется от 250 до 1000 Вт. Они непригодны для промышленной светокуль- туры растений, так как излучают не только видимое и инфракрасное излучение, но и короткое ультрафиолето- вое (короче 300 нм). Только в горных условиях при ис- ключительно высокой освещенности (140 клк) они иног- да дают положительный эффект. Ртутно-стеклянные лампы могут служить источником искусственного освещения для выращивания растений при специальных исследованиях. Из ртутно-стеклянных ламп раньше использовались лампы типа ИГАР-2, изго- товленные в виде цилиндра из тугоплавкого стекла, по- мещенного в свою очередь в цилиндр из обычного стекла. Длина цилиндра 352 мм. Лампа ИГАР (интенсивного горения, аргоно-ртутная) испускает преимущественно фиолетовое, синее и зеленое излучения, а также довольно большое количество инфра- красного излучения. Относительное распределение энер- гии в спектре излучения ртутной лампы высокого давле- ния ИГАР-2 было следующее: Участок спектра, нм ... . 405 436 492 546 577 691 Средняя величина энергии, % 30 70 5 100 120 7 Теперь вместо них используют лампы ДРЛ. В край- нем случае при отсутствии ртутно стеклянных ламп ра- 84
стения можно выращивать под ртутно-кварцевыми лам- пами, помещенными в непроницаемую стеклянную ло- вушку, поглощающую короткое ультрафиолетовое излу- чение. В настоящее время выпускаются лампы, сочетающие в одной стеклянной колбе две лампы: накаливания и ртутно-вольфрамовую (РВ). В такой лампе вольфрамо- вая спираль включается последовательно с ртутной лам- пой высокого давления. Спираль используется в качестве дополнительного источника излучения в красной части спектра и в качестве ограничительного сопротивления, т. е. заменяет дроссель для ртутной лампы. Такую лампу можно включать прямо в сеть. Однако выращивание овощной рассады под лампами такого типа (РВ-350) показало, что действие излучения ламп РВ практически не отличается от действия на ра- стения излучения ламп накаливания. Огуречная и томат- ная рассада по высоте, числу и площади листьев, сухому весу, накоплению хлорофилла и интенсивности фотосин- теза значительно отстает от растений, выращенных под люминесцентными лампами при той же удельной мощ- ности. В последнее время для целей светокультуры испыты- вают квазимонохроматические лампы следующих типов: ртутно-галиевые (ДРГФ) с максимумом излучения в зо- не 400—420 нм; ртутно-индиевые (ДРИФ) —410— 450 нм; ртутно-талиевые (ДРТФ)—530—580 нм; ртут- но-литиевые (ДРЛФ) — 580—670 нм. Мощность каждой лампы 1000 Вт; доля ФАР составляет 16—26%. Степень моиохроматизации — 84—86%. Натриевые лампы Натриевые лампы низкого давления (20 мм рт. ст., или 2666 Па) обладают почти-монохроматическим излу- чением в зоне 589,6 нм (ярко-желтый свет), что способ- ствует их широкому применению в светофизиологических исследованиях. В СССР основной тип натриевых ламп •— ДНАО мощностью 85—140 Вт со светоотдачей около 70—80 лм/Вт и сроком службы 2000—5000 ч. Длина лам- пы 550—560 мм, диаметр 38—75 мм. Для зажигания тре- буется специальный трансформатор (табл. 17). Новая прозрачная оболочка для ламповых колб, устойчивая к высоким температурам (1500° С) и парам 85
Таблица 17 Распределение анергии в спектре натриевых ламп низкого давления Длина волны, нм Относительная интенсивность линий Длина волны, нм Относительная интенсивность линий 498,3 0,2 616,1 0,3 515,4 0,1 819,5 19,0 568,8 1 >2 1 140,4 10,0 586,6 100,0 щелочных металлов (поликор, лукалокс и др.), позволи- ла создать натриевые лампы (400 Вт) высокого давления (SON/Т). При давлении около 200 мм рт. ст. (ок. 30 000 Па) видимое излучение натриевой лампы имеет Рис. 28. Спектр излучения натриевой лампы высокого давле- ния (по Филипсу) достаточно широкий спектр (рис. 28) и цвет излучения переходит из желтого в белый. Учитывая высокую свето- отдачу (более 100 лм/Вт) и долгий срок службы 86
(6000 ч), можно предположить, что лампы этого типа мо- гут эффективно использоваться в экспериментальной све- токультуре растений. Лампы накаливания Несмотря на явные преимущества газоразрядных ламп для выращивания растений, в некоторых случаях в исследовательских целях и иногда в тепличных хозяй- ствах до сих пор применяют лампы накаливания. Объ- ясняется это простотой обращения с ними, невысокой стоимостью и легкостью приобретения, а также возмож- ностью получить высокую облученность, особенно необ- ходимую при использовании светофильтров. В настоящее время электроламповая промышленность выпускает несколько тысяч типов ламп накаливания. Они различаются по мощности, размерам и конструкции. Во всех лампах источником излучения служит вольфрамо- вая нить, раскаленная до 2355—3350 К. При такой тем- пературе максимум излучения лампы, находится в зоне 900—1000 нм. В видимой части спектра преобладает жел- тое и красное излучение и мало синего и фиолетового (табл. 18). Таблица 18 Спектральный состав излучения лампы накаливания мощностью 300 Вт в физиологически активной области спектра В светокультуре обычно используют нормальные или зеркальные осветительные лампы накаливания мощ- ностью 300—500 Вт с цоколем Р-27 илй Р-40. Срок служ- бы ламп около 1000 ч, светоотдача-—в пределах 20 лм/Вт. 87
Для выращивания рассады овощей или при зимней культуре томатов, огурцов и других овощей необходимо создать значительную облученность. В этих случаях на 1 м2 площади теплицы приходится устанавливать лампы общей мощностью от 500 до 1000 Вт. Это позволяет соз- дать облученность от 40 до 70 Вт/м2 или освещенность порядка 7—12 клк. После непродолжительного горения температура стек- ла лампы накаливания мощностью 300 Вт достигает 200° С. При приближении столь горячих ламп к растени- ям происходит усиленное испарение воды, подвядание, подсыхание и ожоги листьев. Если же лампы уда- лить на безопасное расстояние, то фотосинтетически активная облученность растений значительно умень- шится. Зеркальными лампами накаливания (ЗН) называют- ся такие лампы, у которых верхняя часть внутренней по- верхности покрыта пленкой из алюминия или серебра. Это совместно с параболической формой колбы (нижняя часть которой матирована) обеспечивает почти парал- лельный пучок излучения лампы, направленный вниз на растения. Для ламп ЗН не требуется арматура для от- ражения, но сильное инфракрасное излучение заставляет во избежание перегрева и ожога растений применять во- дяные фильтры. Срок службы более 2000 ч. Последнее время в светокультуре растений начали применять кварцевые лампы накаливания, наполненные аргоном, криптоном или ксеноном с добавлением 1—2 мг иода (НИК). У ламп этого типа световой поток и свето- отдача на 20—25% выше, чем у ламп накаливания обще- го назначения. Срок службы более 2000 ч. Их использу- ют только с водным экраном между ними и растениями. Наиболее распространены однокиловаттные лампы НИК-220-1000. Обычные лампы накаливания относятся к так назы- ваемым точечным источникам света, поэтому интенсив- ность облучения и освещения под ними быстро умень- шаются с увеличением расстояния от растения до лампы (табл. 19). В большинстве случаев облученность расте- ний под лампами накаливания очень неравномерна. В центре стеллажа, над которыми висит лампа, она в 5—7 раз больше, чем у его краев (рис. 29). Чтобы избежать перегрева и ожога растений, лампы накаливания помещают в проточную воду, которая уда- 88
Таблица 19 Облученность и освещенность растений при удалении ламп накаливания на различные расстояния Мощность ламп, Вт Расстояние ламп от растений, см 25 50 100 облучен- ность, Вт/м8 ссвеп’ен- несть, лк (блз цен- ность, Вт/м2 освещен- ность, ЛК (блучен- ноегь, Вт/м2 освещен- ность, лк 100 7,8 1300 1,9 320 0,5 80 300 31 ,8 5300 7,9 1320 2,0 ззо 503 57,6 9600 14,4 2400 3,6 600 1 000 126,0 21000 31 ,2 5200 7,8 1300 Примечание. Напряжение в сети 220 В, арматура типа «Универсалы». Рис. 29. Физиологически активная облученность и освещен- ность стеллажа на различном расстоянии от лампы накалива- ния 500 Вт; арматура «Универсаль»; высота подвеса лампы 0,35 м 89
ляет выделяемое тепло, так как сильно поглощает ин- фракрасное излучение (табл. 20). Таблица 20 Пропускание лучистой энергии слоем воды (% от достигающей поверхности) Спектральный ин । ер нал, нм ТолШина слоя в)лы, см 0.1 1.0 10,0 100,0 200—600 24 24 24 23 600—900 35 35 3) 13 900—1200 17 12 1 0 1200—1500 6 2 0 0 150-0—2100 3 0 0 0 2100—3000 0 0 0 0 От 200 до 3000 86 73 55 35 Установки с водяным фильтром применяются в неко- торых научно-исследовательских институтах, где облу- чаемая площадь не превышает нескольких квадратных метров. Удельная мощность при этом достигает 8— 10 кВт, т. е. в 10—20 раз больше обычного. Примером может служить облучательная установка, разработанная в Агрофизическом институте ВАСХНИЛ. Светоустановка с лампами накаливания и водяным фильтром состоит из ламп, смонтированных на деревянных планках, соединен- ных с листом железа или жести, который служит отра- жателем. Водяной фильтр представляет собой прямо- угольную ванну из железа высотой 15—20 см со стеклян- ным дном. Стекло берут толщиной 5—6 мм и с внутрен- ней стороны ванны замазывают водонепроницаемой за- мазкой или заливают битумом подобно тому, как это де- лают в аквариумах. Вода в ванну поступает через металлическую трубку, впаянную в одну из стенок ванны и соединенную каучу- ковой трубкой с водопроводным краном. Вытекает вода через такую же трубку только большего диаметра в про- тивоположной стенке ванны. Эта трубка регулирует вы- соту уровня воды в ванне, который должен достигать 10—12 см. В воду колбы ламп погружают так, чтобы расстояние между колбой лампы и стеклянным дном бы- 90
ло 2,5—3 см. Этот слой воды служит фильтром, поглоща- ющим излишнее инфракрасное излучение ламп накали- вания. Очень низко опускать колбы ламп не рекомен- дуется, так как стеклянное дно ванны в результате пере- грева может треснуть; поднимать же лампы высоко не- выгодно, поскольку это уменьшает световой поток, дохо- дящий до растения. Ванну устанавливают на четырех опорах. Между этими стойками на стальных тросиках подвешивают металлическую раму; на нее кладут доски, образующие стеллаж, который можно свободно подни- мать и опускать ручками, действующими по принципу ворота. Это нужно для того, чтобы регулировать расстоя- ние между растениями, размещенными на стеллаже, и источником излучения с водяным экраном. Схема свето- установки из ламп накаливания с водяным фильтром по- казана на рис. 30. Важное условие эксплуатации светоустановок из ламп накаливания с водяным фильтром — содержание в чисто- те стекла водяного фильтра и наблюдение за его темпе- ратурой. Температуру водяного экрана следует поддер- живать в пределах 40—50° С. Регулируют ее током воды. Необходимо учитывать, что температура верхних слоев воды несколько выше, чем нижних. Удельная мощность облучательной установки из ламп накаливания с водяным фильтром в случае использова- ния 200-ваттных ламп накаливания составляет 3,2 кВт/м2 (200-16=3200), 300-ваттных — 4,8, а 500-ваттных — 8,0 кВт/м2. По данным Агрофизического института, при температуре водяного экрана светоустановки 40—50°С соотношение видимой и инфракрасной частей излучения 1 : 1 наиболее благоприятно для роста и развития расте- ний. В видимой части спектра преобладают лучи длин- новолновой области — желтые и красные. В настоящее время в установках АФИ вместо обыч- ных ламп накаливания применяют зеркальные лампы марки ЗН-7 и ЗН-8, а также НИК-220-1000. В производственных теплицах эти установки не полу- чили широкого распространения из-за сложности эксплу- атации и большой затраты электроэнергии и воды на еди- ницу продукции. Они могут быть рекомендованы только для исследовательских работ, когда нужно получить лу- чистый поток высокой интенсивности. На стекле, отделяющем проточную воду от растений, образуются большие скопления неорганических осадков SI
1 Рис. 30. Схема.светоустановки из ламп накаливания с во- дяным фильтром (по Б. С. Мошкову): / — крюк для подвешивания отражателя, 2— трос, 3 — зажим для регулировки высоты ламп над резервуаром. 4— отражатель метал- лический, изготовленный из алюминия или белой жести, внутри ко- торого укреплен деревянный каркас с вмонтированными в него электропатронами (каркас на рисунке не показан), 5 — электролам- пы, 6 — резервуар, наполненный водой, представляющий металличе- скую кювету из оцинкованного кровельного железа со стеклянным дном, 7 — ламповый патрон, 8— стеклянное дно из зеркального сте- кла толщиной 6—7 мм, 9—стяжка, 10 — штанга высотой 1,5 м (че- тыре штуки), И— втулка подъемного стола. 12— деревянное осно- вание для крепления установки, 13— подъемный стол для расте- ний, который может подниматься и опускаться по мере надобности, 14— упор для фиксирования высоты над стеклом, 15 — подъемная лента, 16 — рукоятка подъема стола. Если сеть трехфазная, то лам- пы разбиваются на группы для более равномерной нагрузки фаз
(кальций, железо) и обильно развиваются водоросли. Возникает необходимость частой промывки ванны, в ко- торую погружены лампы. Наблюдаются случаи растрес- кивания как стекла, так и ламповых колб. При сравнении различных источников излучения, ис- пользуемых для выращивания растений, проведенном в 1973 г. в Агрофизическом институте ВАСХНИЛ, получе- ны следующие данные (табл. 21). Таблица 21 Характеристика различных источников излучения Тип лампы Обшая с б л у цен- ность, Вт/м2 Облучен- ность в интервале 400— 700 Вт/м2 Доля излучения в области 400—700 нм. % ЗН-7+5 см веды 450 150 33,4 ЛБ-40 . ..... 50 45 90,4 ДРЛ-250 . 100 44 43,6 ХЛРГ-400 . . — — 47,1 ДКСТВ-6000 . . 500 240 48,5 Солнце в Павловске в июльски;! полдень (60° с. ш.) 700 280 — Угольные дуги Одним из источников искусственного облучения расте- ний раньше служили угольные дуги. Несмотря на воз- можность получения высокой облученности и желаемого спектрального состава (путем применения пламенных уг- лей со специальными добавками титана, кальция, фтора и др.), этот источник излучения имеет недостатки, не позволяющие использовать его для выращивания расте- ний. При горении углей образуются вредные для растений газы (окись углерода, озон и др-), которые необходимо удалять специальной вентиляцией. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение губит растения, и для за- щиты требуется экран из стекла. Кроме того, частая сме- на углей, сложность регулировки их положения и боль- шая затрата энергии на балласт настолько осложняют эксплуатацию угольной дуги, что в настоящее время их редко применяют даже в лабораторных условиях.
ГЛАВА ПЯТАЯ ВЫРАЩИВАНИЕ РАСТЕНИИ БЕЗ ЕСТЕСТВЕННОГО ОБЛУЧЕНИЯ Современное состояние физиологии, генетики и селек- ции растений находится на таком уровне знаний, когда основные процессы жизнедеятельности могут быть де- тально изучены только на основе строгого учета факто- ров окружающей среды. Исследователь должен иметь возможность выращивать растения и изучать их физио- логические процессы при определенных, заранее задан- ных параметрах облучения, температуры, влажности, корневого питания, состава воздуха и пр. При этом в од- них случаях желательно полное воспроизведение клима- та отдельных районов земного шара, в других, наоборот, детальное изучение влияния на растения какого-нибудь одного фактора, его качества, интенсивности, продолжи- тельности, последействия и, наконец, оптимальной их со- вокупности для выяснения потенциальной продуктивно- сти растений. Большие возможности для подобных исследований представляют специальные инженерно-биологические устройства, в которых с помощью современной аппара- туры создаются условия, необходимые для проведения определенного эксперимента. Первые сооружения, созданные для эксперименталь- ной физиологии растений, были довольно простыми и позволяли изучать действие только одного какого-либо фактора. К ним относятся созданные в 20-х годах наше- го столетия Н. А. Максимовым и И. И. Тумановым су- ховейные установки, холодильные камеры и фотоперио- дические домики Всесоюзного института растениеводст- ва, люминостаты сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева, камеры Бойс-Томсоновского института в США со стеклянным потолком, облучаемые лампами накаливания, погруженными в проточную воду, и многие другие. 94
ФИТОТРОНЫ И ФИТОТРОНИКА Современные устройства с регулируемым климатом имеют различную степень сложности. Самые простые устройства — обычные теплицы, в которых с относитель- ной точностью можно изменять температуру и влажность воздуха и условия облучения растений. К следующей по сложности оборудования группе от- носятся станции и лаборатории искусственного климата. В сооружениях этого типа отдельные элементы климата Рис. 31. Внешний вид лаборатории искусственного климата Москов- ской сельскохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева выдерживаются более строго. В них также имеются боль- шие и малые камеры специального назначения. Эти со- оружения можно назвать физиологическими лаборато- риями с регулируемыми параметрами климата. В качестве примера можно привести первую в Совет- ском Союзе лабораторщо искусственного климата при ТСХА, начавшую функционировать в 1950 г. (рис. 31). В лаборатории есть две теплицы общей площадью около 200 м2. Каждая из них разделена на три отсека, в кото- рых устанавливаются самостоятельные климатические режимы. С помощью частой смены воздуха (32 раза в час) в них поддерживается определенная температура 95
(отклонение от заданной не более 1°С). При этом дви- жение воздуха не оказывает механических воздействий на растения и создает однородную воздушную среду для всех растений в опыте. Воздух подается и выводится си- стемой приборов для кондиционировак-чя, все элементы которой размещены в специальном подвальном помеще- нии (рис. 32) Другим регулируемым элементом климата является оптическое излучение. В лаборатории исполь- Рис. 32. Машинный зал лаборатории искусственного кли- мата Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева зуются все современные источники искусственного облу- чения. Наибольшее распространение имеют люминесцент- ные трубки, лампы типа ДРЛ и ксеноновые лампы с водяным и воздушным охлаждением. Основная проблема исследования этой лаборато- рии — изучение физиологических элементов регулятор- ной системы растений. В этом аспекте исследуются при- рода и роль биоэлектрических потенциалов, динамика процессов возбуждения и торможения; саморегуляция в системе «биологические часы» у растений, проявление регуляторной функции растений в поглощении и распре- делении минерального питания; роль корреляций в мета- мерной изменчивости у растений; динамика физиологиче- 96
ских процессов при различных режимах облучения; ре- акция растений на тепловой режим в корневой зоне и другие вопросы. Самая большая станция искусственного климата в СССР принадлежит Институту физиологии растений АН СССР (Останкино). Станция представляет собой большой комплекс лабо- раторий и камер с регулируемым климатом, в которых для облучения растений используются все современные источники искусственного излучения: люминесцентные лампы дневного, синего, красного, зеленого и других цве- тов; лампы накаливания с водяным фильтром и ксеноно- вые лампы большой мощности (20 кВт), отделенные от растений стеклом и толстым (около 20 см) слоем проточ- ной воды. Столь мощные источники позволяют создавать любые условия облучения по спектральному составу и облученности (до 100 клк). На станции искусственного климата можно изучать также устойчивость растений в крайних условиях сущест- вования: при глубоком охлаждении (до —60°С), при очень высокой температуре (до 100°С). В камерах с ис- кусственным облучением можно поддерживать темпера- туру воздуха от 0 до 40° С с влажностью от 20 до 90%. Общая электрическая мощность станции превышает 1000 кВа. В лабораториях этой экспериментальной базы проводятся глубокие исследования по фотосинтезу, пере- движению веществ, росту и развитию, зимостойкости, водному режиму, физиологии запасных отложений, кор- невому питанию, засухо- и солеустойчивости, культуре изолированных тканей, нуклеиновому обмену, биомагне- тизму и другим важнейшим проблемам современной фи- зиологии растений. Наивысшая форма организации описываемого типа — фитотрон. Под фитотроном понимается замкнутый комп- лекс или система сооружений, состоящих из ряда поме- щений, в каждом из которых можно изменять все факто- ры климата: температуру, влажность и состав воздуха; облученность, спектральный состав излучения и суточ- ную продолжительность облучения; скорость и направле- ние движения воздуха и т. д. Фитотрон должен быть тщательно герметизирован. Он изолируется от внешней среды как системой фильтров (механических и химических), так и более повышенным атмосферным давлением внутри здания. Специальные 4 Зак. 3854 97
Характеристика некоторых существующих (по Б. А. Савельеву Наименование инсти- тута, местонахожде- ние фитотронов Строитель- ный объем здания, м8 Полезная площадь, м2 Число и площадь, м2 теплиц вегетационных камер Институт физио- логии растений АН СССР, Москва (СССР) — 5980 1X300 29х(4,5т- —20) Институт физио- логии и биохимии растений СО АН СССР, Иркутск (СССР) 14 550 2730 2X200 6X6,7 4X6,14 8X7,5 1X14,4 г. Пачерковель -(Австрия) — — — 3 Льежский уни- верситет, Льеж (Бельгия) — — 44,8 3X25 Институт агро- техники и селекции плодовых культур, Вагенинген (Голландия) — — 6 8 Французский на- учно-исследова- тельский центр, Жив-сюр-Иветт (Франция) • 3X320 20X27,3 98
Таблица 22 и строящихся исследовательских фитотронов и др., 1972) Регулируемыг параметры в исследовательских помещениях Типы осветитель- ных ламп и макси- мальная освещен- ность иа расстоя- нии 1 м от источ- ника света температу- ра, °C относительная влажность, % кратность обме- на или скорость движения воздуха, ч содержание СО2 в воздухе от ДО от ЦО -60 100 20 90 Кратность 98 Содержа- ние регули- руется Ксеноновые, люминесцент- ные, ртутные, накаливания, кварцево-иод- ные. Фотопери- од регулирует- ся 1 - —70 50 Регули- руется в широких пределах То же Кварцево-иод- ные, люминес- центные, ртут- ные и накали- вания 2 -20 50 То же —. Автомати- ческий конт- роль и за- пись кон- центраций В камере 5 ксеноновых ламп, освещен- ность 50 000 лк — 18 30 40 90 Кратность 8 добавка ’/6 на- ружного возду- ха Люминесцент- ные и накали- вания, освещен- ность 15 000 лк Интенсивность и продолжи- тельность осве- щения регули- руется 4 —20 30 Регули- руется в широких пределах Кратность 20 Накаливания и ртутные. Продолжитель- ность освеще- ния регулиру- ется —21 40 5 100 То же Ксеноновые, люминесцент- ные, накалива- ния. Интенсив- ность, периодич- ность регули- руются 5 4* 99
Наименование инсти- тута, местонахожде- ние фитотронов Строитель- ный объем здания, м8 Полная площадь, м2 Число и площадь, м* теплиц вегетационных камер Институт гене- тики, Упсала (Швеция) — — — Камеры по 5,4 Рауишхольцхау- зен (ФРГ) — — — 8X6,25 Всесоюзный се- 81 845, 13 745, 5X288; 13X6,25; лекционно-генети- в том в том числе один веге- 4X9—12; ческий институт, числе блок с теп- тационный 10 для про- Одесса (СССР) блок с теплица- ми 64 740 (79%) лицами 10330 (75%) домик пло- щадью 288 моражива- ния, 2 сухо- вейные, 10 наруж- ных, 5 веге- тационных шкафов Мироновский на- учно-исследова- тельский институт селекции и семено- водства пшеницы (рис. 33) Миро- нов ка, Киевской области (СССР) 105 910, в том числе техблок с тепли- цами 79 785 (75%) -20 700, в том числе техблок с теплицами 16 285 (79%) 5X283,4 12X6,24 Примечания: 1. Предназначен для фундаментальных исследований по физио- логии различных растений. 2. Предназначен для фундаментальных исследований в области физиологии и биохимии различных растений с целью продвижения в районы с суровым климатом. 3. Предназначен для работы с древесными породами. мероприятия осуществляются для защиты растений от болезней и вредителей. С помощью фитотронов решаются основные проблемы фитотронологии, которая более известна под термином «фитотроника». К ним относятся; 100
Продолжение табл. 22 Регулируемые параметры в исследовательских помещениях Типы осветитель- ных ламп и мак- симальная осве- щенность на рас- стоянии 1 м от источника света температу- ра, °C относительная влажность, % кратность обмена нли скорость дви- жения воздуха, ч содержание СО2 в воздухе . от до от до —25 40 30 95 — Содержа- ние регули- руется Люминесцент- ные и накали- вания; освещен- ность 12 000— 15 000 лк —20 50 55 96 Скорость от 0,1 до 4 м/с Концентра- ция от 0,03 до 3% по объему До 20 000 лк. Регулируются интенсивность и продолжи- тельность осве- щения —40 50 15 95 Кратность 115 Содержа- ние регули- руется Ксеноновые, люминесцент- ные, накалива- ния. Фотопери- од и интенсив- ность регулиру- ются 6 —40 45 15 100 Кратность 105. Скорость в суховейной камере от 3 до 15 м/с Содержа- ние регули- руется Ксеноновые, люминесцент- ные, ртутные, накаливания 7 4. Объемное освещение в вегетационных камерах. Дезинфициру- ются воздух и одежда. 5. Предусмотрена стерилизация воздуха. 6. Предназначен для экспериментов с зерновыми культурами. 7. Предназначен для экспериментов с пшеницей. 1. Воспроизведение климатических условий, соответ- ствующих любой местности и любому времени года с целью изучения растений, предназначенных для культу- ры в новых земледельческих районах. 2. Выяснение влияния отдельных климатических фак- торов — облученности, спектрального состава излуче- 101
ния, температуры воздуха и почвы, относительной влаж- ности и скорости движения воздуха, содержания в нем газов (в первую очередь углекислого и кислорода) и их совокупности на рост, формирование и продуктивность растений. 3. Разработка методики ускорения селекционных ис- следований и получения ряда поколений в течение одно- го года в воспроизводимых условиях среды и быстрое выявление устойчивости растений к внешним неблагопри- ятным условиям. 4. Определение и воспроизведение физиологических, биофизических и биохимических процессов в динамике и онтогенезе. 5. Генетические исследования с целью изучения ме- ханизма наследственности. 6. Фитопатологические и энтомологические исследо- вания и разработка мероприятий по борьбе с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур. Таким образом, фитотроны, а также вегетационные шкафы и камеры — весьма сложные технические соору- жения, подробное описание которых не входит в нашу задачу. Мы ограничимся только знакомством с источни- ками искусственного излучения, которые используются в этих сооружениях. Некоторые технические данные о су- ществующих и проектируемых фитотронах представлены в табл. 22. Первым фитотроном исследовательского типа была Эрхартовская лаборатория, созданная более 20 лет на- зад известным физиологом растений Ф. В. Вентом (1957) при Калифорнийском технологическом институте (США). Эффективность этого сооружения при решении теоретических и агротехнических проблем способствова- ла быстрому росту числа фитотронов в разных странах мира (от Швеции до Австралии). Весьма совершенный фитотрон построен недалеко от Парижа (Жив-сюр-Иветт). Он состоит из 12 камер с ис- кусственным облучением (ЛЛ, ЛН и КС) и 8 теплиц. Строго продуманная система коридоров, небольших там- буров и рабочего пространства над камерами позволяет выращивать растения и проводить исследования с наи- меньшим вмешательством людей. Предусмотрена стери- лизация воздуха. Широко используются стекло, плекси- глас, алюминий ц другие современные материалы, 102
Его климатические параметры весьма широки: темпе- ратура от —20 до 50° С; относительная влажность от 0 до 95%; освещенность более 30 клк. Основные источники излучения в камерах, где выра- щивают растения, — люминесцентные лампы типа «Де- люкс» с рефлекторами из полированного алюминия. На каждой раме (1,5 м2) смонтировано 16 ламп мощностью по 120 Вт каждая и 16 ламп накаливания мощностью в 15 Вт. Таким образом, общая установочная мощность составляет 1730 Вт/м2. Соотношение мощностей источни- ков коротковолнового (ЛЛ) и длинноволнового (ЛН) из- лучения равно примерно 3:1. Освещенность растений со- ставляет 30 клк на расстоянии 50 см и 15 клк на рас- стоянии 100 см от источника излучения. В отдельных теп- лицах имеются ксеноновые лампы с водяным охлаждени- ем, которые на расстоянии 2,5 м дают дополнительную к естественной освещенность порядка 12 клк. Тематика исследований очень разнообразна: фотопе- риодизм, ростовые вещества, минеральное питание, ге- нетические и экологические исследования и др. Подобно французскому фитотрону, комбинированные облучатели (ЛЛ + ЛН = 3:1) используются в фито- троне Дюкского университета (США), Канберрского уни- верситета (Австралия), сельскохозяйственной опытной станции Министерства сельского и лесного хозяйства Японии на о. Хоккайдо и др. В голландских фитотронах (Институт полевых и лу- говых культур, Центр физиологических исследований, Институт техники в садоводстве и др.) чаще применяют лампы типа ДРЛФ (ХЛРГ-400) совместно с небольшими лампами накаливания. Во избежание перегрева растений источники излучения отделены от рабочего тбъема камер стеклянными потолками. Оригинальный фитотрон построен в Калифорнийском университете (США). Он поставлен на специальную платформу, которая с помощью мощного электрическо- го привода вращается на вертикальной оси, следуя за движением солнца. Отсюда его название — «поворотный фитотрон», или solatron. Управляет его движением фото- элемент, находящийся на внешней стене. Лучи солнца, попадая на фотоэлемент, включают механизм поворота. С наступлением темноты с помощью другого фотоэле- мента solatron возвращается в исходное положение. Та- ким образом, передняя стена фитотрона всегда обраще- 103
на к солнцу. Поскольку этот университет находится юж- нее 40° с. ш., а годовая освещенность внутри фитотрона достигает 98% освещенности на открытом месте, в этом фитотроне выращивают растения практически без искус- ственных источников излучения. Помимо описанных фитотронов, в последние годы по- явились сооружения близкого к ним типа, например кли- матрон, созданный под руководством Ф. Вента в Сан- Луисе (США). Он представляет собой монументальное куполообразное сооружение высотой около 30 м и диа- метром свыше 50 м, сделанное из стали и плексигласа. На отдельных участках и ярусах климатрона, не имею- щего внутренних перегородок, созданы различные клима- ты земного шара, где растут соответствующие растения. Температуру и влажность воздуха регулируют с по- мощью скрытых труб, подающих кондиционированный воздух. Для изучения роста корней в ряде стран созданы так называемые ризотроны. В них имеются подземные тонне- ли со специальными окнами, позволяющими системати- чески наблюдать за корневой системой. В ризотроне ре- гулируются температура, влажность воздуха, содержание газов. Предусмотрена смена почв в зависимости от экс- перимента. Сооружения с искусственным климатом (в том числе и с искусственным облучением) в настоящее время при- меняются и в других отраслях естествознания. В Японии существуют акватрон, зоотрон и гомотрон. В США проф. Сенн создал биотрон, в котором имитируются различные экологические комплексы с участием растений, животных и людей. В связи со сложностью сооружения больших фито- тронов в последнее время иногда пользуются так назы- ваемыми микрофитотронами. Микрофитотрон •— это уст- ройство, состоящее из небольшой (от одного до 5 м2) ра- бочей камеры для выращивания растений и машинной части, создающей нужный климат. Микрофитотроны за- нимают относительно небольшую площадь и объем и мо- гут быть поставлены в любом помещении, имеющем во- ду, канализацию и электроэнергию. Их часто называют вегетационными шкафами или камерами. В СССР проводится большая конструкторская рабо- та, которая позволяет надеяться, что в ближайшее вре- 104
мя исследовательские организации получат достаточное количество шкафов и камер разного типа. Так, в институтах Министерства сельского хозяйства СССР и ВАСХНЙЛ подготовлен для эксплуатации веге- тационный климатический шкаф для ускоренного выра- щивания растений (до получения семян) при воспроиз- водимых и контролируемых факторах внешней среды. Ои особенно важен для работ по селекции злаков (се- лекцентры). Шкаф будет эксплуатироваться в помеще- нии со следующими параметрами: диапазон температур от 15 до 35°С, относительная влажность не более 85%, запыленность не должна превышать санитарных норм. Отсутствуют резкие колебания давления, температуры, влажности, вибрация, сильные магнитные, радиационные и электрические поля. Для его работы необходимы си- стемы: электроснабжения (с напряжением 220/380 В и частотой 50 Гц), водоснабжения и канализации, а также система принудительной вентиляции. Основные технико-эксплуатационные показатели кли- матического шкафа: а) уровень облученности в диапазо- не 400—700 нм, не менее 160 Вт/м2 на расстоянии 0,5 м от защитного стекла, б) температура воздуха в диапазо- не от 10 до 45° С; в) влажность воздуха в диапазоне от 55 до 85% относительной влажности. Облучательные устройства предполагают несколько модификаций с использованием различных источников излучения (ЛЛ, ДРЛ, ДКСТВ, ЛН и т. п.). Лампы будут отделены от рабочего объема шкафа защитным стеклом или водным экраном из дистиллированной воды. Разме- ры рабочего объема шкафа: высота — 2,5 м, полезная площадь— 1,5; 3,0; 6,0; 9,0 и 12,0 м2 (разные модифика- ции) . В последние годы в связи с развитием фитотроники конструкторы и ученые разных стран проводят много- численные работы по созданию принципиально нового аппарата для управляемого культивирования высших растений. Этот аппарат обеспечит: а) моделирование сложного комплекса параметров, составляющих фитоэкосистему, включая климатический, газовый, лучистый и питательный режимы растительного ценоза — в общей сложности 30 параметров; возможно дополнительное (вне комплекта аппарата) контролиро- вание нескольких десятков параметров, а также модели- рование естественных климатических условий; 105
б) исследования на уровне популяции растений; в) гидропонную и аэропонную систему корнеобитания с устройствами контролирования и регулирования; г) контроль за системой физиологических показате- лей жизнедеятельности растений — фотосинтеза, дыха- ния, транспирации, веса, роста, корневого питания, а так- же ряда других параметров, учитываемых дополнитель- ными датчиками; д) прижизненный динамический учет биомассы; е) удобство наблюдений и обслуживания благодаря удлиненной конфигурации камеры; ж) возможность подключения аппарата к ЭВМ. Возможность моделирования климатического комп- лекса позволяет более эффективно культивировать расте- ния в искусственных условиях. Вышеперечисленное ставит аппарат для выращивания растений в разряд особого класса, впервые разрабатыва- емый в мировой практике. Создание подобного прибора позволит успешнее исследовать различные актуальные проблемы в области физиологии и селекции растений. Имеющиеся образцы шкафов и камер не имеют аппара- туры для полного исследования процессов жизнедеятель- ности растений. Кроме того, они имеют ограниченный вы- бор параметров, что не позволяет их использовать для комплексных исследований (например, отсутствие систе- мы корнеобитаемой зоны; существующая аппаратура рассчитана только на горшечную культуру). В связи с многокомпонентностью п своеобразием кон- струкции аппарата он не может быть построен путем простой реконструкции существующих камер, в частно- сти, невозможен простой дополнительный монтаж систе- мы облучения, корнеобитания, учета биомассы и транс- пирации и ряда других узлов и устройств. Аппарат может найти применение при исследовании жизни на уровне сообществ с динамической регистраци- ей одновременно большого комплекса параметров для обоснования математического моделирования этих слож- ных систем, для разработки принципов сигнализации и самооптимизации фитоэкосистем в целях управления продукционными процессами в них, получения по про- грамме максимальных урожаев, выявления потенциаль- ных возможностей генофонда (продуктивности) расте- ний. На его основе возможна разработка новых теорети- ческих принципов возделывания растений. 106
Получение обширной информации в целях достовер- ного количественного описания компонентов экосистемы и их сложных соотношений возможно лишь в строго контролируемых условиях на натурной модели; в естест- венных условиях оно крайне затруднено из-за постоянно произвольно меняющихся факторов внешней среды. Применение этих аппаратов возможно в комплексных исследованиях по биогеоценологии, экологии, физиологии и биохимии растений, генетике и селекции, промышлен- ному растениеводству, космической биологии, при реше- нии задач Международной научной программы «Человек и биосфера» и комплексной программы СЭВ по разделу «Охрана природы», при инженерной разработке методов и устройств по использованию средств автоматики и те- лемеханики в биологических исследованиях и практике растениеводства. Принятые в аппарате диапазоны отклонений по основ- ным параметрам системы находятся в пределах уровней, действующих в существующих климатических камерах для биологических исследований. Средний уровень точ- ности обусловлен большим числом и широким диапазо- ном одновременно регулируемых параметров. В Агрофизическом институте ВАСХНИЛ с успехом применяются камеры небольших размеров. Общая пло- щадь, занимаемая всей установкой, равна 9 м2 при вы- соте около 3 м. Установка состоит из камеры для выра- щивания растений (объем 1 м3), кондиционера, пульта управления, холодильной фреоновой машины и распре- делительного силового щита. Максимальная мощность установки 10 кВт. Источниками излучения служат 15 зеркальных ламп накаливания общей мощностью 4,5 кВт/м2, помещенных в воду, протекающую по стек- лянному потолку. Водяной фильтр регулирует темпера- туру воздуха в камере и поглощает длинноволновое ин- фракрасное излучение. Стенки камеры покрыты тепло- изолирующим слоем пенопласта и облицованы белым пластиком с высоким коэффициентом отражения. В камере регулируется облученность растений, фото- периодические циклы (в пределах 24 ч), температура (от —5 до 40° С) и относительная влажность воздуха. Система электронных самопишущих потенциометров позволяет непрерывно регистрировать температуру ра- стений, интенсивность транспирации, рост, ростовые дви- 107
жения и другие показатели физиологического состояния растений (Мошков, 1966). В том же институте создана и апробируется клима- тическая фитокамера с регулируемым газовым составом. Ее полезный объем (для надземной части растений) ра- вен 0,5 м3, облучение осуществляется люминесцентными лампами, расположенными на потолке и по трем стенам, что позволяет создать облученность порядка 16— 18 кал/ч-см2, т. е. около 200 Вт/м2. Температуру можно изменять от 10 до 48° С, а относительную влажность — от 60 до 95%. Регулируются также отдельные компонен- ты воздуха — углекислота, кислород и азот. В настоящее время в разных странах (Канада, ГДР, ФРГ, Франция, Япония и др ) выпускается большое ко- личество разнообразных типов микрофитотронов, в ко- торых программируются и поддерживаются все парамет- ры внешней среды вплоть до газового состава воздуха и содержания химических элементов в корнеобитаемом слое (приложение 7). Примером может служить изготовляемая в Чехосло- вакии кондиционированная камера КБ-1, используемая в Институте экспериментальной ботаники (ЧССР) для физиологических, биохимических и Генетических исследо- ваний. Пространство для экспериментов представляет со- бой куб с полезной площадью около 2,5 м2 и высотой 170 см. Источниками излучения служат люминесцентные трубки мощностью 120 Вт каждая и небольшие лампы накаливания по 25 Вт. Совместная удельная мощность ламп обоих типов равна 1,28 кВт/м2, а соотношение лю- минесцентных ламп и ламп накаливания по мощности составляет почти 2,5 : 1. Камера обеспечивает двухсту- пенчатую фильтрацию воздуха, который проходит в ко- личестве 1500 м3/ч при относительно небольшой скорости движения — 0,2 м/с. Внешние размеры камеры: длина — 4,4 м, ширина — 1,7 м, высота — 2,5 м. Масса 3000 кг, полезный внутренний объем более 4 м3. В камере регулируется и регистрируется длительность облучения, величина облученности (до 20 клк), темпе- ратура (от 5 до 40° С) и относительная влажность воз- духа (от 30 до 95%)- Для регулирования различных фак- торов среды имеется пульт управления с устройством для программирования режимов температуры и облучения. В СССР использование фитотронов и лабораторий ис- кусственного климата расширяется с каждым годом. Уже 108
сейчас проектируют и строят мощные фитотроны в Одес- се, Краснодаре, Мироновке, Харькове и других городах; всего их будет построено 20. Необходимо отметить, что и фитотроны, и камеры ис- кусственного климата, несмотря на их техническую слож- ность, как правило, находятся под руководством биоло- гов — физиологов растений, фитопатологов, селекционе- ров или агрономов. Рис. 33. Фитотрон Института селекции и семеноводства пшеницы в Мироновке (Киевская обл.) Проект ГИПРОНИИ АН СССР Реакция растений на длительную темноту При выращивании растений исключительно в услови- ях светокультуры в фитотронах, камерах зимой в Запо- лярье и в других случаях иногда нарушается подача электроэнергии. Растения могут оказаться в темноте на длительное время, значительно превышающее фотоперио- дический цикл, выработанный в процессе эволюции. Длительное (порядка нескольких суток) отсутствие оптического излучения вызывает нарушение физиологи- ческих процессов, изменение структуры отдельных орга- нелл, внешние повреждения органов и, наконец, гибель растений. По данным Т. Н. Шманаевой (1970), у томатов уже на 2-е сутки уменьшается количество нуклеиновых кислот, размеры ядер, увеличивается плазмоядерное от- ношение, прекращаются митозы, задерживаются росто- вые и формообразовательные процессы. Более длитель- 109
ная темнота вызывает фрагментацию ядер и полное их разрушение в клетках апикальной меристемы точек ро- ста. На 7-е сутки растения погибают. При этом наблю- дается большая потеря воды всем растением, некроз листьев, побурение и ослизнение корней. Нарушается об- мен веществ, что проявляется в избыточном накоплении амидного и аммиачного азота. В листьях происходит од- новременный и быстрый распад пигментов и частичный их ресинтез (хлорофилла — на 4-е сутки темноты, каро- тиноидов— на 6-е). Общее уменьшение количества пиг- ментов понижает степень поглощения листом лучистой энергии за счет увеличения пропускания и отражения. Ход спектральной кривой при этом не смещается. Хлоро- пласты собираются к концам клетки или вокруг ядра. Задерживается их движение, изменяется форма — они становятся округлыми или угловатыми. Наблюдаются из- менения и в структуре хлоропластов: у огурцов уже че- рез 2 суток отмечена их деструкция. Уменьшается число гран, толщина мембран тилакоидов, увеличивается рас- стояние между ними. Постепенно разрушается строма хлоропластов. Через 5 суток образуются проламеллярные тела, затем разрушается оболочка, хлоропласт перестает существовать как автономное образование и прекращает функционировать. Разрушение структуры хлоропластов зависит от продолжительности темноты: сначала набуха- ют тилакоиды гран и стромы, а затем появляются про- ламеллярные тела, которые со временем теряют решет- чатую структуру; разрушается оболочка хлоропластов, остатки гран, и отдельные тилакоиды перемещаются не- посредственно в цитоплазму (Власова, Леман, 1974). Устойчивость растений к повреждающему действию длительной темноты определяется разными факторами: наследственными свойствами данной культуры, возрастом растений, этапом органогенеза, наличием запасных ве- ществ, фотопериодической реакцией и т. п. Особое значе- ние имеют параметры внешней среды: температура воз- духа, условия минерального питания, режим предтемно- вого облучения и др. При температуре воздуха порядка 30° С огурцы погибают на 2-е, а томаты на 4-е сутки. Пониженная температура повышает устойчивость расте- ний: томатов при 12° С — до 7 дней, пшеницы при 3° С — до 15 дней. Если после этого срока создать нормальные условия облучения, то растения возобновляют рост. При выращивании растений на питательной смеси исключе- но
ние из нее азота повышает, а отсутствие фосфора пони- жает устойчивость растений. Интенсивность облучения в предтемновой период играет роль регуляторного меха- низма, определяющего направление и степень функцио- нальных и структурных процессов, протекающих в ра- стениях во время длительной темноты. В определенных условиях темнота играет важную защитную роль. Пов- реждающее действие на растения кислот, щелочей, герби- цидов, рентгеновского излучения и низкой положитель- ной температуры значительно слабее в темноте, чем на свету. КУЛЬТУРА РАСТЕНИЙ БЕЗ ЕСТЕСТВЕННОГО ОБЛУЧЕНИЯ Необходимость выращивания растений без естествен- ного излучения очень велика и в первую очередь в арк- тических и субарктических районах. В этой зоне СССР находится более 2/3 лесных ресурсов страны, громадные запасы нефти, золота, никеля, алмазов и других ценных ископаемых. Освоение этих ресурсов обусловливает соз- дание крупных промышленных центров и быстрый рост населения. Проблема улучшения условий жизни в суровых усло- виях Севера стоит очень остро. Для лучшей акклимати- зации и повышения трудоспособности население должно получать достаточное количество свежих овощей, бога- тых витаминами. Многие из этих овощей нетранспорта- бельны и вырастить их можно только на месте с помощью искусственного облучения. Большую часть года здесь нельзя использовать естественное излучение в теплицах не только из-за полярной ночи, но и из-за сильных ветров и снега, которые заставляют закрывать стекла теплиц соломенными матами и досками, т. е. устраивать импро- визированные фитотроны. В последнее время многие южные хозяйства также выращивают овощную рассаду без естественного излуче- ния в подвальных или полуподвальных помещениях. Это позволяет значительно уменьшить расходы на отопление большого объема теплиц со стеклом, обладающим высо- кой теплоотдачей. По предложению Запорожского фили- ала ВИЭСХ, рассаду выращивают в помещении с двухъ- ярусными стеллажами. Над каждым ярусом размещены люминесцентные лампы. По данным опытного хозяйства 111
ВИЭСХ и совхоза «Лысогорский», для получения хоро- шей рассады достаточно удельной мощности люминес- центных ламп 300 Вт/м2 и длительности облучения 16 ч в сутки. При этом рассада огурцов бывает готова за 23, а томатов — за 30 дней. В культивационном помещении такого рода расходы на отопление сокращаются в 7 раз. При использовании его с 20 декабря по 15 апреля мож- но вырастить три ротации рассады: для теплиц, парни- ков и утепленного грунта. Расход электроэнергии на од- но растение томата составляет 2 кВт-ч; на одно расте- ние огурца — 1,1 кВт-ч. Наконец, следует упомянуть о возможности использо- вания подземных выработок после добычи железа, гипса и других ценных ископаемых. На глубине 300—500 м име- ются большие пустоты, которые можно использовать для круглогодичной культуры овощей или цветов. Достаточ- но стабильная температура воздуха, высокая его влаж- ность и наличие углекислого газа создают подходящие условия для выращивания растений. Корневое питание обеспечивают методом гидропоники, а фотосинтез — об- лучением растений различными лампами. Для выращивания растений в помещениях без естест- венного излучения наиболее часто применяют люминес- центные лампы (ЛД, ЛДЦ, ЛБ и ЛФ), лампы группы ДРЛ (ДРЛ, ДРЛФ, ДРИ) и ксеноновые (ДКСТВ, ДКСТЛ). Влияние излучения люминесцентных ламп Уже первые опыты, проведенные более 20 лет назад, показали, что люминесцентные лампы — достаточно хо- роший источник искусственного излучения для выращи- вания растений. Под люминесцентными лампами, как правило, вырастают прямостоячие крепкие растения с ко- роткими междоузлиями и толстыми стеблями (табл. 23). Листья растений имеют нормальную форму и разме- ры, сильно пигментированы — имеют темно-зеленый цвет, а в стеблях томатов много антоциана. При облучении с помощью ламп накаливания или естественном в зимнее время в теплице при той же температуре антоциан почти не образуется. Растения, выращенные под неоновыми (НД-2) или ртутными (ИГАР-2) лампами, значительно слабее, чем под люминесцентными. 112
Таблица 23 Влияние излучения различных источников на рост растений Культура Высота, см Длина междо- узлий, см Диаметр стебля, мм люминесцент- ные лампы лампы нака- ливания 1 люминесцент- ные лампы лампы нака- ливания люминесцент- ные лампы лампы нака- ливания Огурцы Неросимые . Фасоль Сакса без волоки:) Фасоль Латвия-800 . . Томаты Лучший из все» Базилик евгенольный . 6,0 46,5 30,5 44,6 36,0 14,3 98,3 95,7 96,4 50,0 2,4 3,6 4,5 2,4 1,5 6,2 13,4 16,8 4,9 2,5 5,4 5,1 5,2 10,5 5,5 4,2 4,6 3,9 6,9 3,9 Незначительный нагрев люминесцентных ламп позво- ляет помещать их в непосредственной близости от ра- стений. Эту их особенность используют для выращива- ния витаминного зеленого корма для молодых животных и птиц зимой. Этот корм выращивают в противнях, кото- рые размещают в многоэтажной этажерке на расстоянии 30 см один от другого. Над каждым противнем находят- ся люминесцентные лампы. Несмотря на успешное выращивание различных ра- стений под люминесцентными лампами, многие исследо- ватели отмечали, что из-за малой доли оранжево-крас- ной части спектра в их излучении сильно задерживается рост осевых органов растений (стебли и черешки листь- ев) и накопление сухого вещества, а у отдельных расте- ний замедляется репродуктивное развитие. Чтобы устранить перечисленные недостатки, в отдель- ных исследовательских учреждениях и хозяйствах при- меняют совместное облучение растений люминесцентны- ми лампами и лампами накаливания. Оба типа ламп в большинстве случаев работают в независимых электри- ческих схемах, причем лампы накаливания используют только для увеличения общего лучистого потока и обога- щения его длинноволновым излучением (гл. IV). При бо- ковом облучении растений люминесцентными лампами типа ЛД (300 Вт/м2) сверху добавляют излучение не- больших ламп накаливания (40—60 Вт/м2). 113
Лучшие по всем показателям результаты получают в варианте, где соотношение мощности люминесцентных ламп и ламп накаливания будет равно 3,4: 1. Такое же соотношение ЛЛ : ЛН — 3:1 теперь принято в большин- стве фитотронов и в камерах для выращивания растений. Рентабельность светокультуры под люминесцентными лампами можно повысить различными путями: 1. Созданием специальных «фитоламп», спектр излу- чения которых совпадал бы со спектром поглощения зе- леным листом. Выше (гл. IV) уже упоминалось о созда- нии специальных люминесцентных ламп для выращива- ния растений. Опыты, проведенные в камере без естест- венного излучения, показали высокую эффективность фитоламп. Огуречная рассада под лампами ЛФ-40-1 зна- чительно крупнее, чем выращенная под лампами ЛД: вы- ше стебель (на 33%), больше число и площадь (на 25%) листьев, усилена динамика накопления сухого вещества за сутки (на 51 %). Урожай томатов в теплице при до- полнительной установочной мощности ламп ЛФ-40-2 в 600 Вт/м2 был на 45% выше, чем под лампами ЛБ-40 той же мощности. 2. Использованием облучательиых установок, рабо- тающих на повышенной частоте (см. гл. IV). 3. Импульсным облучением растений (см. гл. IV). Помимо светотехнических приемов, усилить эффектив- ность действия излучения и уменьшить энергетические за- траты при выращивании растений можно путем повыше- ния жизнедеятельности растений и более полно исполь- зуя их физиологические особенности. Так, многие физиологические процессы у растений подчиняются определенным ритмам во времени (сезон- ным, суточным или даже часовым, минутным, секунд- ным). Чтобы проверить это, были поставлены опыты с переменным (прерывистым) облучением. Исследования, проведенные ранее физиологами над водорослями, высечками листьев высших растений и це- лыми растениями, показали положительное влияние пре- рывистого облучения на фотосинтез, рост, накопление су- хого вещества и другие физиологические процессы в ра- стениях. Для повышения коэффициента использования лучистой энергии овощную рассаду облучают люминес- центными лампами, движущимися вперед и назад над верхушками растений (рис. 34). 114
Облучение растений медленно движущимися лампа- ми накаливания применялось в теплицах и раньше. Но эти лампы давали конусообразные пучки света, которые на уровне растений перекрывали друг друга и создавали постоянную облученность интенсивностью в несколько тысяч люкс. Лампы передвигали главным образом для того, чтобы избежать перегрева или ожога растений. Установки же с люминесцентными лампами представ- ляют собой большие прямоугольные плоскости, которые создают достаточную облученность в зоне листьев. При Рис. 34. Схема движения облучательной установки с люминес- центными лампами: I—XII — ряды растений; I, 21, 31— путь дви- жения рам движении их над растениями последние периодически (каждые 5—-7 с) попадают то в условия достаточного облучения (24 Вт/м2 — 6000 лк), когда все физиологиче- ские процессы идут нормально, то очень слабого (0,16— 0,24 Вт/м2— 40—60 лк), когда физиологические процес- сы или значительно ослабевают, или прекращаются вов- се. Частота смены «светлого» и «сумеречного» периодов и продолжительность каждого из них определяются ши- риной рамы, расстоянием между ними и скоростью дви- жения установки. Многократно повторенные опыты показывают, что растения под движущимися рамами (при прочих равных условиях) по высоте, числу и площади листьев, а главное по энергии накопления сухого вещества превосходят ра- 115
Рис. 35. Салат Московский парниковый (слева направо): верхний ряд — растения, выращенные под движущейся установкой с удель- ной мощностью ламп 240 и 120 Вт/м2; нижний ряд — под стацио- нарной установкой с той же мощностью стения, выращиваемые при постоянном облучении (рис. 35, 36). В табл. 24 представлены средние величины для каж- дого варианта облучения. При стационарном облучении размеры отдельных растений мало отличаются от при- веденных в таблице. При переменном облучении положе- ние иное: каждая рама облучает двойную или тройную площадь стеллажа с растениями. Крайние ряды расте- ний с обоих концов получают лучистой энергии значи- тельно меньше, чем средние. При тройном ходе рамы (31) она облучает растение не в четырех рядах (I- IV), 116
Рис. 36. Редис Сакса (слева направо): верхний ряд — расте- ния, выращенные под движущейся установкой с удельной мощностью ламп 240 и 120 Вт/м2; нижний ряд — растения, выращенные под стационарной установкой с той же мощностью 117
как при стационарном облучении, а в 12 рядах на стел- лаже (I—VI и VII—XII). Таблица 24 Размеры растений при постоянном и переменном облучении (удельная мощность 240 Вт/м2, скорость движения рамы 9 м/мин, путь движения 2/) Культуры Высота, см Площадь листьев, см Сырой вес, к Сухой вес, г к си S Огурцы . Помидоры Редис 5,3 6,8 27,4 35,2 75 69 35 3,670 22,900 5,500 4,280 25000 10200 0,260 1,500 0,420 0,400 1,670 1,070 Середина пространства, облучаемого движущейся ра- мой, лежит между 6-м и 7-м рядами (VI—VII). Условия облучения каждого из двух рядов, находящихся на рав- ном расстоянии от центра, одинаковы (VI и VII; V и VIII И т. д.). Как можно видеть из данных табл. 25, растения пер- вых двух рядов значительно уступают по числу и пло- щади листьев, а также весу средним и контрольным ра- стениям. В то же время растения четырех следующих рядов значительно превосходят контрольные по ряду показа- телей. Сухой вес одного растения превосходил вес конт- рольных растений в среднем на 38%. Столь энергичное накопление органического вещества можно объяснить высокой интенсивностью физиологических процессов у этих растений. Так, например, интенсивность фотосинте- за у них выше в 2,5 раза, дыхание — в 2 и образование хлорофилла — в 1,5 раза по сравнению с растениями, вы- росшими под стационарными установками такого же ти- па и мощности. При облучении двойной площади стеллажа (2 Z) на образование рассадой огурцов 500 мг сухого вещества затрачивается 700 клк-ч, а при стационарном — 118
Таблица 25 Размеры рассады огурцов на различных участках стеллажа (скорость движения рамы 16,44 м/мип, путь движения 3/, удельная мощность 160 Вт/м2) Облучение Число листьев Площадь листьев, см2 Вес растений, г сырой сухой Переменное: 1 ряд 1 ,5 27 1,273 0,081 II » 1,9 32 1,603 0,111 III » 2,0 38 1,703 0,135 IV » 2,4 67 2,775 0,238 V » 2,5 85 2,870 0,240 VI » 2,5 89 2,880 0,267 Среднее 2,2 56 2,184 0,179 Постоянное .... 2,2 47 1 ,670 0,130 Отношение данных пере- менного облучения к дан- ным постоянного облучения, % 100 119 131 138 1460 клк-ч, т. е. световая экспозиция вдвое больше. Рас- ход электроэнергии на образование единицы веса сухого вещества при переменном облучении снижается почти вдвое по сравнению с постоянным (табл. 26). Таблица 26 Эффективность использования электроэнергии при различных режимах облучения Облучение Удельная мощность, Вт/м Накопление сухого вещества, % огурцы томаты редис Постоянное . 480 100 100 100 Переменное . ... 480 216 150 174 Постоянное 240 100 100 100 Переменное 240 182 195 240 При переменном облучении репродуктивные органы образуются раньше. У томатов (сорт Лучший из всех) при переменном облучении заложение первой цветочной кисти отмечается после 8-го листа, а при постоянном — н
после 9-го. Бутониоация на 30-й день после всходов со- ставляет (в усл. ед.) 8 при переменном и 3 при постоян- ном облучении. У огурцов (сорт Неросимые) число цвет- ков и бутонов опытных растений на 40% больше, чем в контроле. Под переменным облучением наблюдается больший вес корнеплодов у редиса и большее число листьев у салата. Применение передвижных установок в несколько раз сокращает затраты на приобретение ламп, монтаж облу- чательных установок и расход электроэнергии на едини- цу выращиваемой продукции. Стоимость оборудования теплицы передвижной установкой, способной передвигать 15—20 рам, не превышает затрат на оборудование одной стационарной рамы, при этом каждая движущаяся рама будет облучать двойную или даже тройную площадь стеллажа. Можно предположить, что больший рост растений и более интенсивное накопление органического вещества при применении движущихся ламп объясняются как луч- шими условиями облучения растений и снабжения их углекислотой, так и реакцией хлоропластов на периоди- ческое облучение. Вместе с тем быстрое движение рам непосредственно над растениями вызывает значительное перемешивание воздуха. Большое значение имеет изменение физиологической активности хлоропластов, вызываемое ритмическим раз- дражением их переменным облучением. При периодиче- ской смене слабого и сильного облучения у хлоропластов периоды м злой активности — как бы отдыха или «по- коя» — сменяются периодами сильного возбуждения, вы- сокой активности, когда видимое излучение действует не только как источник энергии, но и как раздражитель, значительно повышающий способность хлоропластов к поглощению и усвоению лучистой энергии. При выращивании растений под движущимися рама- ми разработан метод «совмещенного движения», при ко- тором все рамы составляют общую систему возвратно- поступательного движения вдоль оси стеллажа. Располо- женные рядом рамы размещены таким образом, чтобы каждая из них при движении в одну сторону проходила над :/з площади, облучаемой соседней рамой. Таким об- разом, большинство участков стеллажа облучается по- очередно двумя рамами (рис. 37). При тройном ходе каждой рамы (3 /) и большой скорости совмещенное дви- 120
жение нескольких рам позволяет создать равномерное облучение по всей площади. Соотношение темного и свет- лого периодов было 1 : 1 при общей продолжительности каждого периода 6 с. Измерение количества' лучистой энергии, падающей на отдельные участки стеллажа, под- твердило, что на всех участках (б и е) оно было практи- чески одинаково (рис. 38). Число участков, на которых создаются равные усло- вия облучения, можно подсчитать по формуле А=2л—1, где А — число участков стеллажа, получающих опти- мальные условия облучения, п — число рам с люминес- центными лампами, каждая из которых проходит путь, равный ее тройной длине (3 /). Чем больше рам участвует в совмещенном движении, тем большая площадь будет получать оптимальное об- лучение (см. рис. 37). Так, при пяти рамах оптимальное облучение получит 180% площади (от всей площади рам, участвующих в движении), при 10 рамах будет уже 190, при 20 — 195%, т. е. практически двойная площадь. Для передвижения 10 или 20 рам вполне достаточно одного электродвижения мощностью 0,5 кВт. Другим примером активизации жизнедеятельности растений могут служить опыты по облучению растений источниками с разным спектром. В современной светокультуре обычно применяют од- нотипные источники излучения на протяжении всего пе- риода выращивания растений. Между тем известно, что требовательность растений к условиям внешней среды- (температуре, влажности, продолжительности ежесуточ- ного облучения и проч.) не остается постоянной, но из- меняется в связи с прохождением растениями различных этапов онтогенетического развития. Естественно предпо- ложить, что изменяется также требовательность расте- ний к спектральному составу поглощаемого ими излуче- ния. В условиях сезонных и суточных изменений спект- рального состава естественного излучения растения встречают все необходимые для них сочетания излуче- ний. Но при искусственном облучении спектром постоян- ного и притом относительно обедненного состава такие возможности очень ограничены. Спектральный состав излучения, удовлетворяя потребности онтогенеза на од- 121
, /б 5 а S я га 2 га S га •S X га Ч s (X ном этапе развития, может не удовлетво- рять на другом. Подтвержде н и е м служат данные Г. В. Артемьева (1963) по выращиванию томатов в теплицах Института сельского хозяйства Крайнего Севера (г. Норильск). Рассаду то матов культивировали при люминесцентных лампах до образования 4-го настоящего листа, совпадающего с нача- лом дифференциации конуса нарастания. За- тем растения были пе- ренесены под лампы на- каливания, где полови- на их оставалась до по- садки. Другая часть растений (в период ви- димого обособления первой цветочной кис- ти) была возвращена под люминесцентные лампы. Аналогичная перестановка была проделана с рассадой, выращивавшейся с са- мого начала под лам- пами накаливания. В результате крат- ковременного измене- ния спектрального со- става излучения (уси- ления его красной час- ти) урожай с 1 м2 по- лезной площади увели- чился вдвое по сравне- нию с растениями, ос- тавшимися ПОД люми- 122
несцентными лампами. Растения, вовремя получавшие излучение от ламп накаливания, дали урожай на 40% ниже, чем под люминесцентными лампами. В другом случае (Леман и др.) растения в разные фа- зы роста переводили с облучения люминесцентными лам- пами (ЛД) на облучение ксеноновыми лампами (ДКСТВ-6000) и наоборот. Сроки перестановки опреде- лялись появлением одного или двух очередных листьев. Чтобы оценить влияние этого приема на состояние расте- ний, контрольные экземпляры постоянно росли либо под ксеноновыми, либо под люминесцентными лампами. Из- менение источника из- лучения наиболее четко сказалось на высоте ра- стений. Степень растя- жения стебля сильно варьировала в разные фазы онтогенеза. Она значительно ослабева- ла с возрастом расте- ний. Например, высота стебля огурцов, пере- ставленных из-под лю- минесцентных ламп под ксеноновые в фазе одного листа, превыша- Рис. 38. Совмещенное движение. Ко- личество лучистой энергии на от- дельных участках стеллажа с расте- ниями (пояснение в тексте) ла высоту контрольных растений (под люмине- сцентными лампами) в 3,5 раза; в фазе двух листьев — в 2,8 раза, а в фазе 4—5 листьев — только в 1,5 раза. У томатов эта закономерность прояви- лась значительно слабее. Обратная картина наблюда- лась при перестановке растений из-под ксеноновых ламп под люминесцентные. Другие показатели (число листьев, вес сухого вещест- ва) изменялись менее значительно. Однако под ксеноно- выми лампами органическое вещество накапливалось всегда энергичнее, чем под люминесцентными лампами. Наибольший вес сухого вещества был у растений, кото- рые переставили из-под люминесцентных ламп под ксено- новые. Так, при перестановке в фазе 3-го листа вес сухо- го вещества растений огурцов составлял 124%, а в фазе 123
5-го листа 148% от контроля, росшего все время под ксе- ноновыми лампами; у томатов — соответственно 113 и 115% от контроля. Видимо, целесообразно при выращи- вании рассады огурцов сначала использовать люминес- центные лампы, а затем (в фазе 2—3-го листьев) ксено- новые. Томаты можно все время выращивать под ксеноновы- ми лампами, так как их реакция на спектральный состав света значительно слабее. Результаты, полученные при выращивании растений под люминесцентными лампами, а также данные литера- туры позволяют сделать следующие выводы: 1. Люминесцентные лампы типа ЛД, ЛБ или ЛФ до- статочно надежный источник излучения для выращива- ния любых растений в помещениях без естественного из- лучения. 2. Недостаток длинноволнового излучения и малая мощность люминесцентных ламп вынуждают добавлять к ним небольшое количество ламп накаливания. Соотно- шение обеих мощностей этих типов ламп должно быть не меньше, чем 3:1. При большей доле излучения от ламп накаливания качество растений резко ухудшается. 3. При недостаточном количестве люминесцентных ламп или при специальных физиологических исследова- ниях можно рекомендовать использование движущихся рам с люминесцентными лампами для создания режима переменного облучения. Влияние излучения ламп ДРЛ Ввиду относительно малой мощности каждой отдель- ной люминесцентной лампы для получения достаточно высокого физиологически активного облучения на 1 м2 площади с растениями приходится размещать от 5 до 20 ламп. Это значительно усложняет монтаж установки и вместе с тем не всегда дает возможность получить до статочную облученность. В СССР первые исследования действия излучения ламп ДРЛ на растения были прове- дены в ТСХА более 15 лет назад. Приведем данные ис- следования, объектом которого были томаты и огурцы, выращиваемые в почве или на питательном растворе Гельригеля. Продолжительность выращивания томатов 35 дней, огурцов — 30 дней. Растения облучались по 16 ч в сутки. В это время температура воздуха в камере была 124
22° С. Под лампами она поднималась еще на 2—3°С. В темный период суток температура воздуха понижалась до 16° С. Источником излучения служили лампы типа ДРЛ-500, находящиеся на расстоянии 1,2 м одна от другой. Удель- ная мощность установки 460 Вт/м2. Расстояние от колбы лампы до верхушек растений 300 мм. На таком расстоя- нии облученность растений под лампами составляла (по фотоинтегратору ИФРа) около 70 имп/мин, что соответ- ствовало освещенности 10 клк, или 40 Вт/м2 физиологи- чески активной облученности. На расстоянии 200 мм от лампы освещенность растений достигала уже 15 клк, или 60 Вт/м2. Несмотря на такую близость к лампе, листья не перегревались и не обжигались. Температура листьев огурцов или томатов превышала температуру воздуха на 5—6° С. При приближении ламп к растениям до 10 см разница в температуре составляла уже более 10° С, а ос- вещенность растений достигала 30 клк, или 120 Вт/м2 физиологически активной облученности. Контролем служили растения, выращенные под лю- минесцентными лампами типа ДС-30. Под лампами ДРЛ растения центральных и крайних рядов по основным морфологическим показателям (вы- сота, площадь листьев и вес) очень мало отличались од- но от другого (рис. 39). Все они были полноценной рас- садой. Это подтверждается также рисунками 40 и 41. Под лампами ДРЛ цветение первой кисти томатов, рас- положенной над 7—8-м листом, началось через 20— 22 дня, что на 2—3 дня раньше, чем под люминесцентны- ми лампами. У огурцов к концу опыта наблюдалась массовая бу- тонизация и цветение. Если сравнить средние размеры одного растения под лампами ДРЛ и под люминесцентными, то видно некото- рое преимущество первых (табл. 27). Необходимо отметить также более высокую эффек- тивность использования электроэнергии под лампами ДРЛ. При затрате 1 кВт-ч электроэнергии отмечено сле- дующее накопление сухого органического вещества (в г): под лампами ДРЛ у томатов 1,035, под люминес- центными — 0,574; у огурцов соответственно 0,754 и 0,338. Помимо основных культур в той же камере под лам- пами ДРЛ можно выращивать салат и редис. Обе куль- туры растут очень хорошо. У редиса формируется нор- 125
Условные обозначения: —о— 'облученность Г-----высота стебля Томаты /-----сухой, вес L----- площадь листьев Г-----высота стебля Огурцы -?---сухой вес (_----площадь листьев Рис. 39. Зависимость размеров растений от облучен- ности под лампами ДРЛ на различных участках стеллажа теплицы мальный корнеплод, а салат дает розетку крупных свет- ло-зеленых листьев. В Агрофизическом институте ВАСХНИЛ под лампа- ми ДРЛ огурцы (Клинские) и томаты (Пушкинский) вы- ращивали до плодоношения. Удельная мощность установ- ки была равна 2000 Вт/м2 (4 лампы по 500 Вт), что по- зволило получить освещенность порядка 20 —30 клк (80—120 Вт/м2). Лампы горели по 14 ч в сутки. На 12-й день после всходов огурцы образовали три настоя- щих листа. Растения были компактные и меньших раз- меров по сравнению с выращиваемыми под лампами на- каливания. Успешно развирались и томаты. Они зацвели 126
Рис. 40. Огурцы Неросимые, выращенные в темной камере под лю- минесцентными лампами (7) и под лампами ДРЛ при максималь- ном приближении к растению (2) и наибольшем отдалении от него (3) J 2 Рис. 41. Томаты Лучший из всех, выращенные в темной ка- мере под люминесцентными лампами (7) и ДРЛ (2) 127
Таблица 27 Рассада, выращенная в темной камере под газоразрядными лампами разных типов , Огурцы Неросимые ДС-30 ДРЛ-500 5,6 1,36 6,9 220 6,0 1,95 7,1 278 8,2 0,71 1,68 11,2 0,85 1,99 Томаты Лучший из всех ДС-30 20,3 ДРЛ-500 24,7 7,4 1,90 10,7 464 7,3 2,42 10,2 449 21,4 22,2 1,74 2,73 1,77 3,29 на 30-й день, а плоды созрели на 65-й день. Средний вес плода томата с одного растения равнялся 320 г (8 кг/м2). На 1 кг плодов было затрачено 228 кВт-ч электроэнер- гии. Под люминесцентными лампами урожай получен позже (на 75-й день) и был ниже (6 кг/м2), но и электро- энергии было затрачено значительно меньше — 180 кВт-ч на 1 кг продукции. В опытах, проведенных в ТСХА (1968), разные куль- туры положительно реагировали на излучение ламп ти- па ДРИ-500 (см. гл. IV). За 24 дня при освещенности в 10 клк под ними выросли огуречные растения высотой 9—11 см с 7—8 листьями, общая площадь которых до- стигала 600—700 см2. Предварительные расчеты показы- вают, что благодаря более благоприятному, чем у ламп ДРЛ, спектру излучения лампы ДРИ вполне полноцен- ны как источник излучения для светокультуры растений. Влияние излучения ксеноновых ламп Исключительные возможности ксеноновых ламп (не- прерывный спектр и высокая интенсивность лучистого потока) долгое время использовались исследователями 128
Рис. 42. Томаты Лучший из всех, выращенные под люминесцентны- ми лампами (5), при естественном облучении (2) и под ксеноновой лампой (/) только для кратковременных наблюдений над отдельны- ми физиологическими процессами. Первые опыты по выращиванию высших растений из семени до плодоношения при облучении только ксеноно- выми лампами были проведены в 1959—1960 гг. в СССР в лаборатории искусственного климата ТСХА (табл. 28). Под лампами типа ДКСТВ-6000 растения превосходят не только растения, облученные люминесцентными лам- пами, но и выращиваемые летом в теплице. Особенно хо- рошо под ксеноновыми лампами растут томаты (рис. 42). Преимущество ксеноновых ламп очень четко прояв- ляется при выращивании в камерах без естественного излучения томатов и кукурузы (до плодоношения). Тома- ты сорта Пушкинский дают урожай зрелых плодов через 58 дней после всходов. У отдельных растений урожай достигает 840 г (табл. 29). Таким образом, при размещении на 1 м2 25 растений можно получить 18—20 кг плодов с 1 м2, а если следо- вать более поздним рекомендациям Агрофизического ин- ститута (Мошков, 1966) и на 1 м2 размещать не 25, а 36 растений, то за два месяца можно получить 25— 30 кг плодов, что позволит значительно снизить затраты электроэнергии на выращивание 1 кг зрельгх плодов (75—100 кВт-ч). ' 5 Зак. 3854 V29S.
Размеры растений под разными источниками облучения вес, г ояхээшэя эохАэ с С оаьээ'гпэя эойнэ Корни вес, г ! ояхээтпэя эохХэ ояхээТпэя эобпэ иэ ‘внийг Листья вес, г । ояхээ’тая эохХэ oaiaaliiaa aodi4o QirOHh Стебель вес, г ояхээУгэя эохХэ ояхээТпэя aodi43 ww ‘diawpHV ИЭ *В10ЭНЯ Источник облучения 130
Таблица 29 Урожай томатов Пушкинский под разными лампами (на 1 м2 размещено 25 растений) Лампы Среднее число пло- дов на растении Вес плода, г Средний урожай с растения, г средний наибольший Ксеноновые типа ДКСТВ 6000 и 66 97 726 Люминесцентные типа ДС-30 7 51 72 357 Под люминесцентными лампами плоды созревают на 12 дней позже, а урожай значительно ниже. Соответст- венно этому и расход электроэнергии на 1 кг зрелых пло- дов неодинаков: под ксеноновой лампой меньше 150 кВт-ч, а под люминесцентными — более 200 кВт-ч. Надо отметить, что пока преждевременно делать пе- ресчеты данных, полученных на 1 м2, на площади поряд- ка гектаров и ожидать большого производственного эф- фекта, но полученные результаты интересны как реаль- ные показатели потенциальной продуктивности растений. Под ксеноновыми лампами успешно растет также ку- куруза (сорт Миннесота 13 экстра). Растения уже через 15 дней после всходов обгоняют по размерам растения, растущие под люминесцентными лампами или при естест- венном облучении (в начале мая). В другом опыте, начатом в конце октября, нам уда- лось получить под ксеноновыми лампами плодоносящие растения кукурузы в камере без естественного излуче- ния. Растения выращивали в растворе Кнопа, в трехлит- ровых стеклянных сосудах. При высоте стебля 140— 160 см через 45 дней после всходов началось цветение, а через 105—ПО созрели початки (рис. 43, 44). Чреззер- ницы не наблюдалось. Абсолютный вес 1000 зерен 341 г. Размер початков был невелик, что отчасти объясняется малым размером вегетационных сосудов, ограничиваю- щих развитие корневой системы. Результаты выращивания томатов, кукурузы и лука (рис. 45) показывают, что ксеноновые лампы вполне при- годны для круглогодовой селекции этих культур (см. гл. VIII). Об этом же свидетельствуют результаты, полу- ченные в Институте физиологии растений АН СССР, где
Рис. 43. Кукуруза Миннесота 13 экстра, выращен- ная в камере с ксеноновой лампой (возраст 105 дней)
Рис. 44. Початки и метелка кукурузы Миннесота 13 экстра, выращенной в камере с ксеноновой лампой (возраст 105 дней) под мощными ксеноновыми лампами при облучении ра- стений по 18 ч в сутки получают урожаи моркови по 15 кг/м2 за 65 дней и салатной капусты по 18—20 кг/м2 за 35 дней. В приведенных примерах коэффициенты использова- ния физиологически активного излучения достигали 8, а в отдельных случаях и 12%, что значительно превосхо- дит величины, наблюдаемые при естественном облучении (1-3%). Чтобы проверить и подтвердить полученные выше ре- зультаты и определить реакцию различных сортов одной культуры на излучение ксеноновых ламп, в камере были выращены 14 разных сортов томатов. Растения росли под люминесцентными (ДС-30) и ксеноновыми лампами (ДКСТВ-6000) при одинаковой физиологически активной облученности. Часть сортов, кроме того, выращивали в теплице без дополнительного облучения. Опыт продол- жался 34 дня: с 20 февраля по 26 марта, т. е. при до- статочно высокой естественной облученности. Первые И дней все растения росли под люминесцентными лам- пами, а затем (с 3 марта) были расставлены по соответ- ствующим вариантам. 133
Рис. 45. Лук Ростовский, выращенный при естественном облучении (/), под ксеноновой лампой (2) и под лю- минесцентными лампами (3) Растения всех сортов в зоне излучения ксеноновых ламп росли успешно. В большинстве случаев они пре- восходили растения других вариантов облучения по вы- соте и диаметру стебля, накоплению органического ве- 134
Рис. 46. Огурцы Неросимые (возраст 20 дней), выращенные под люминесцентными лампами (/), при естественном облучении ле- том (2) и под ксеноновой лампой (3) щества и срокам образования репродуктивных органов (табл. 30). Многолетние исследования влияния излучения ксено- новых ламп на рост и формирование разных сельскохо- зяйственных культур показывают, что в формировании отдельных растений наблюдаются значительные разли- чия. Например, у огурцов — основной производственной культуры закрытого грунта — отмечается сильное вытя- гивание осевых органов — стеблей и черешков листьев (рис. 46). Такое чрезмерное вытягивание подсемядоль- ного колена и затем междоузлий вызвано избытком ближнего инфракрасного излучения (700—1100 нм), ко- торое не поглощается полностью тонким (3—5 мм) сло- ем воды (см. табл. 20), омывающим разрядную трубку ламп ДКСТВ-6000. По данным Института физиологии растений АН СССР, под ксеноновыми лампами, отделенными от ра- стений водяным фильтром толщиной 150—200 мм, расте- ния огурцов формируются нормально. Но создание таких мощных водяных фильтров, так же как и сверхвысоких облученностей (150—300 Вт/м2) физиологически актив- ного излучения, пока возможно только в специальных лабораториях или в фитотронах. В большинстве случаев для выращивания растений в исследовательских целях 1,35
Размеры растений томатов, выращенных Сорт Азербайджанский . Белый налив . . Коллективист . . . Ленинградский . . . Пушкинский Эрлиана ........... Штамбовый Алпатьева Бизон................ Невский.............. Перемога .... Плановый .... Талалихин .... Road Claud .... Frtihe Liebe . ... Высота, см Число листьев Площадь листьев, см2 34,5 39,6 30,4 23,5 41,0 19,3 37,7 31,4 41,2 39,7 35,6 34,2 39,2 27,8 40,4 30,9 33,5 33,3 37,6 33,6 31,5 23,8 31,3 34,5 30,7 22,9 29,0 19,1 Зэ,6 18,9 29,5 14,8 24,3 17,6 43,8 9 12 10 11 12 И 12 12 11 10 12 13 12 13 14 12 11 12 10 10 И 10 10 10 11 12 15 12 15 12 10 10 10 8 17 798 869 845 667 810 619 460 694 411 351 667 423 298 738 738 542 679 665 673 643 595 845 726 583 691 601 566 631 667 488 357 560 500 786 (а тем более в производственных условиях) применяют тонкие водяные фильтры и средние величины физиологи- ческой облученности — 30—50 Вт/м2. Поэтому необходи- мо найти другие пути, позволяющие выращивать нор- мально сформированные растения. К сожалению, данные современной физиологической литературы противоречивы и не позволяют получить определенного представления о действии ближнего ин- фракрасного излучения, с тем чтобы разработать практи- ческие рекомендации для светокультуры растений. Преж- де всего необходимо отметить, что многие исследователи облучают растения в своих опытах не одновременно, а с разрывом во времени, причем инфракрасная облучен- ность соответствует всего 2—3% от облученности в ви- димой части спектра. С другой стороны, область инфра- красного облучения избыточно широка (от 700 до 4000 нм), а участки физиологически активного излучения необоснованно узки (синее, зеленое, красное и т. и.). На- конец, очень часто объектом излучения служили не пол- ноценные зеленые растения, а этиолированные проростки. 13 6
Таблица 30 при разных условиях облучения Вес сухого веще- ства, г Накопление сухого вещества зз сутки, мг Число кистей Место первой кисти (лист) 3,89 3,87 3,51 3,03 4,53 2,71 4,44 4,46 6,73 6,68 4,95 6,45 5,19 3,40 7,07 7,03 5,15 5,10 6,89 6,18 6,46 3,99 5,10 4,90 4,40 2,48 4,58 2,60 4,63 3,28 2,99 1,38 2,20 3,72 6,22 114 97 88 76 ИЗ 68 111 112 190 196 127 189 130 121 208 207 126 100 203 155 190 100 150 123 110 62 115 85 116 82 57 35 196 93 156 3 2 2 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 1 2 1 3 6 7 8 9 8 7 7 6 8 7 7 7 8 8 6 8 7 8 7 6 7 6 9 8 8 7 8 8 7 9 8 8 7 9 В результате проведенных экспериментов авторы по отдельным вопросам получали интересные данные, кото- рые использовать в светокультуре растений можно дале- ко не всегда. Ослабить отрицательное формативное дей- ствие ближнего инфракрасного излучения при выращи- вании растений под ксеноновыми лампами можно не- сколькими путями: применением теплофильтров, добав- лением коротковолнового излучения и изменением на- правления облученности. Применение описанных выше (гл. IV) сухих интерфе- ренционных теплофильтров позволяет почти на 50% сни- зить интенсивность ближнего инфракрасного излучения в спектре излучения ксеноновых ламп типа ДКСТВ- 6000, не изменяя потока физиологического излучения. Однако не все растения одинаково реагируют на уменьшение доли инфракрасного излучения. Если у огур- цов значительно сокращается длина стебля и несколько увеличивается его диаметр, то у томатов различия меж- ду вариантами значительно меньше, а растения подсол- нечника практически одинаковы (табл. 31). 137
Таблица 31 Растения, выращенные при различном соотношении ФАР и ИК Высота, см Культура Средняя длина меж- доузлий, см Диаметр стебля, мм Вес сухого вещества, г Огурцы . Томаты . Подсолнечник . 35,8 17,7 45,4 25,6 14,6 45,2 5,2 2,6 3,8 4,0 2,0 3,7 8,0 5,4 7,3 8,7 5,0 7,9 3,69 1,48 2,10 3,33 1,38 2,80 е 1 КС — ксеноновая лампа без фильтра. 2 КСФ — ксеноновая лампа с теплофильтром. Если сравнить растения, выращенные под ксеноновы- ми лампами без фильтра, с фильтром и под люминесцент- ными типа ДС, то по высоте и сухому весу они будут соответствовать количеству попавшего на них инфра- красного излучения (табл. 32, рис. 47). Сравнение формативной реакции огурцов на фоне трех уровней облученности показывает, что размеры ра- стений (общая высота и длина подсемядольного колена, диаметр стебля, листовая масса и образование органи- ческого вещества) определяются как спектральным со- ставом излучения, так и уровнем облученности. При всех уровнях облученности размеры растений пропорциональ- ны количеству инфракрасного излучения в интегральном потоке излучения. Таблица 32 Высота и вес сухого вещества растений при разной дозе инфракрасной радиации (%) 1 Куль тура Высота Вес сухого вещества КСф КС КСФ КС Огурцы 245 277 128 142 Гоматы 146 158 203 217 Подсолнечник 280 281 151 -162 1 Высота и вес сухого вещества растений под лампами ДС-30 приняты за 100%. 138
Рис. 47. Влияние инфракрасного излучения на рост: А — огурцов и Б — подсолнечника, выращенных под ксеноновой лампой (/), ксеноновой лампой с теплофильтром (2) и под люминесцентными лампами (3) В вариантах КС и КСФ с уменьшением облученности пропорционально увеличивается высота растений и длина подсемядольного колена. В этих вариантах реакция ра- стений аналогична наблюдаемой при ослаблении естест- 139
венного излучения. По-иному реагируют растения на из- менение облученности под люминесцентными лампами: с уменьшением облученности уменьшается и высота ра- стений. Вместе с тем, независимо от источника облуче- ния, высота растений пропорциональна количеству ин- фракрасного излучения: наибольшая под ксеноновыми лампами и наименьшая под люминесцентными лампами при равных уровнях облученности. Иная закономерность наблюдается при измерении диаметра стебля, числа листьев, их площади и, наконец,, общего веса растений. Все перечисленные показатели’ определяются в первую очередь уровнем физиологически активной облученности, а затем количеством инфракрас- ного облучения. При высокой интенсивности освещения (20 клк) действие инфракрасного излучения значитель- но ослабевает. Это позволяет предположить, что дальней- шее увеличение облученности способно уменьшить влия- ние инфракрасного излучения на формирование растений. Основанием для этого предположения могут служить ре- зультаты, полученные в ИФРе АН СССР, где огурцы вы- ращивались в специальной установке под ксеноновыми лампами мощностью 20 кВт при освещенности порядка 50 клк. Как уже было сказано, для создания наиболее бла- гоприятного по спектральному составу лучистого потока в практике светокультуры растений для облучения ра- стений иногда используют одновременно* два типа ламп. В излучении одних ламп, как правило, преобладает длин- новолновая часть спектра (лампы накаливания или ксе- ноновые), в излучении других — коротковолновая (лам- пы люминесцентные или ДРЛ). Добавление люминесцентных ламп к ксеноновым, ко- нечно, возможно, но такая установка громоздка и может быть использована только на малых площадях. Поэтому для выращивания нормально сформированных растений их облучают различными лампами на разных этапах он- тогенеза. В разные фазы роста растения переводят с об- лучения люминесцентными лампами на облучение ксе- ноновыми лампами и наоборот (см. стр. 123). Третий способ более полного и рационального ис- пользования ксеноновых ламп основан на создании объ- емного облучения растений. Для этого обратимся к дейст- вию направленных лучистых потоков от мощных ксено- новых ламп на растения томатов в зависимости от облу- 140
ценности, создаваемой этими потоками, и их распреде- ления в пространстве относительно растения. Понимание подобных зависимостей необходимо прежде всего для рациональной организации системы дополнительного об- лучения и для правильного расчета оптической системы самих ксеноновых или иных облучателей с тем, чтобы эффект облучения группой рассредоточенных мощных источников обеспечивал выращивание практически оди- наково сформированных растений. Примером могут быть опыты с двумя ксеноновыми лампами типа ДКСТВ-6000 в камере, в которых вариан- ты облучения были следующие: 1) лучистый поток на- правлен на растения только сверху; 2) два лучистых по- тока направлены на растения с противоположных сторон под углом 45° к горизонту; 3) три лучистых потока: два противоположных, как в предыдущем варианте, и один сверху (О. С. Фанталов и др., 1965). Во всех вариантах облучения растений томатов с не- скольких сторон накопление ими органического вещест- ва положительно коррелировало с величиной горизон- тальной облученности. Рост осевых органов (стеблей) в этих условиях зависел прежде всего от распределения лу- чистых потоков вокруг растения, причем два или более доминирующих потока, падающих на растение с разных сторон, тем благоприятнее влияют на формирование ра- стения, чем более соизмеримые облученности они соз- дают. Следует отметить, что реакция растения расчленена по действующим факторам — облученности и/распреде- лению лучистых потоков — условно. Растения реагируют на изменение обоих факторов суммарно и с определен- ной корреляцией на их взаимное сочетание. Сравнение по рядам основных усредненных показа- телей опытных растений (сухой вес, высота стебля) с соответствующими им условиями облучения (горизон- тальная облученность, соотношение лучистых потоков) позволяет заключить, что зависимости, обнаруженные в реакции отдельно стоящих растений томатов на сочета- ние облученности лучистых потоков и распределение по- токов вокруг растения в условиях сильно разреженной посадки, можно распространить и на растения, находя- щиеся в нормально загущенном ценозе. Несколько по-иному на направление лучистого потока ДКСТВ-6000 реагируют злаки. У короткостебельной пше- 141
нпцы (сорта Вердл Сидз, 1812) и карликовой пшеницы (Канада СВ-151), выращенных на гидропонике при вы- шеуказанных режимах облучения, наиболее четкие по- казатели реакции растений — число продуктивных стеб- лей, абсолютный вес зерна, а также сроки прохождения фенологических фаз и общая продолжительность вегета- ционного периода. При двустороннем облучении как у отдельных растений, так и в ценозе все эти показатели были значительно выше, чем при облучении только свер- ху. Высота же растений была практически одинаковой. Эти примеры показывают, что реакция растений на направление лучистого потока весьма разнообразна. Можно предположить, что распределение излучения в пространстве действует как регулятор различных физио- логических процессов. Кроме того, благоприятное для данного растения направление лучистого потока, по-ви- димому, может быть своеобразным компенсатором невы- сокой по сравнению с летней облученности, а может быть, и спектрального состава излучения. Приведенный пример положительного действия объ- емного облучения показывает, что этот прием может уменьшить затраты электроэнергии на создание органи- ческого вещества и увеличить продуктивность растений. Интересные результаты по выращиванию плодонося- щих томатов при искусственном облучении высокой ин- тенсивности были получены в лаборатории светофизио- логии Агрофизического института. Растения помещались в установку АФИ, где их облучали по 16 ч в сутки. Мощность лучистого потока составляла ’/г солнечного. Ранние сорта томатов зацветали в возрасте 20—22 дней и на 50-й день начиналось покраснение плодов. Отдель- ные растения за 60 дней давали по 800 г зрелых плодов. Общий урожай составил более 20 кг/м2. По расчетам проф. Б. С. Мошкова, на 1 кг томатов затрачивается око- ло 300 кВт-ч электроэнергии. Кроме томатов, в установках сверхвысокой облучен- ности выращивают огурцы, землянику, хризантемы и другие растения. Эффективность использования искусственного излу- чения растениями может быть повышена также различ- ными агротехническими приемами. В качестве примера можно привести результаты выращивания различных сельскохозяйственных культур в камере под люминес- центными лампами методом гидропоники. Растения вы- 142
ращивали либо в сосудах с питательным раствором Кно- па (водная культура), либо в сосудах Митчерлиха, на- полненных гранитной крошкой (гравийная культура). Питательный раствор каждые 4 ч автоматически про- дувался воздухом по 10 мин. В это же время в сосуды Митчерлиха через донные отверстия поступал раствор Кнопа из специального бака. Объектом исследования бы- ли салатная капуста (сорт Хибинская), томаты (сорт Лучший из всех) и огурцы (сорт Неросимые). Освещен- ность составляла около 9 клк, т. е. 36 Вт/м2 физиологи- чески активного излучения. Капуста лучше всего росла при выращивании ее ме- тодом гидропоники (табл. 33, рис. 48). Таблица 33 Размеры растений салатной капусты, выращенных под люминесцентными лампами разным способом (возраст 30 дней) Культура Высота, см Листья Вес, кг Накопление сухого веще- ства за сутки, мг число площадь, см2 сырое вещество О и и а >-> о и Гравийная 41 28 4268 469 21 687 Водная; 80 20 1601 181 7 234 Рис. 48. Капуста Хибинская, выращенная под люминесцент- ными лампами в гравийной (/) и водной (2) культуре. Возраст 30 дней 143
Под рамой с люминесцентными лампами площадью 0,81 м2 было 9 сосудов Митчерлиха, следовательно, с 1 м2 можно за месяц снять урожай более 5 кг. Затраты элект- роэнергии составили около 70—80 кВт-ч на 1 кг продук- ции. В гравийной культуре успешно росли томаты (табл. 34). Средний вес томатов, собранных с одного ра- стения, составлял в гравийной культуре 170 г, в вод- ной — 86 г. Таблица 34 Размеры растений томатов, выращенных под люминесцентными лампами разным способом (возраст 60 дней) Культура Высота, см Диаметр ’ стебля, мм Листья Вес, г Накопление сухого веще- ства за сутки, мг число площадь, см сырое вещество О £0 ф V о «н •>» Ф CJ д Гравийная . . 60 13,2 21,3 4883 553 56 933 Водная . . . 70 11,0 19,0 4180 331 33 546 Особенно энергичное накопление органического ве- щества наблюдалось у огурцов (табл. 35). Таблица 35 Размеры растений огурцов, выращенных под люминесцентными лампами разным способом (возраст 50 дней) Культура Листья Гравийная Водная . 107 76 13,2 17,3 6733 14,0 13,5 6455 652 47,1 942 398 31,0 620 В дальнейшем под люминесцентными лампами (900 Вт/м2) на площади около 10 м2 получали урожаи зрелых томатов. Сорт Лучший из всех через 114 дней 144
дал в гравийной культуре урожай 5390 г/м2, а в водной — 4270 г/м2. Таким образом, при выращивании растений методом гидропоники значительно повышается образование орга- нического вещества и вместе с тем урожай и существенно снижаются затраты электроэнергии на единицу сельско- хозяйственной продукции. Автоматическое управление режимами облучения, температурой воздуха и подачей питательного раствора к корневой системе растений по- зволяет намного уменьшить затраты труда. Приведенные данные показывают различные возмож- ности выращивания растений без естественного излуче- ния, а также некоторые пути повышения эффективности светокультуры растений. В частности, соответствующий подбор сортов и создание новых агротехнических и све- тотехнических приемов значительно сократят время вы- ращивания, расход электроэнергии на единицу продук- ции и повысят урожай. Большую роль может сыграть создание оптимальной структуры фитоценозов, приспособленных к специфиче- ским условиям искусственного облучения. Необходимо дальнейшее изучение наиболее благоприятных соотноше- ний между режимом облучения (облученность и спект- ральный состав излучения) и действием минерального удобрения вообще и отдельных его элементов в частно- сти. Наконец, еще раз подтвердилось, что разные расте- ния и различные сорта одной культуры неодинаково реа- гируют на спектральный состав излучения. 6 Зак 3854 145
ГЛАВА ШЕСТАЯ ВЛИЯНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА АНАТОМО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ РАСТЕНИИ СТРОЕНИЕ ЛИСТЬЕВ И СТЕБЛЕЙ Анатомическое строение листьев и стеблей служит важным биологическим показателем условий облучения, выращивания и физиологического состояния растений. У растения в теплице при естественном облучении толщина листьев определяется его облученностью. Зи- мой она значительно меньше, чем под люминесцентными лампами, так как в это время естественная фотосинте- тически активная облученность растения в теплице со- ставляет всего около 5 Вт/м2, что в 4—5 раз меньше, чем под люминесцентными лампами. Летом, наоборот, ли- стья тепличных растений толще, чем под неоновыми, ртутными лампами или лампами накаливания (исключе- ние составляют растения под люминесцентными лампа- ми, ДРЛ и ксеноновыми). Толщина листовой пластинки зависит не только от величины облученности, но и от спектрального состава излучения. Под различными лампами при равной физио- логически активной облученности листья разных растений значительно отличаются по толщине. Наиболее толстые формируются под люминесцентными лампами, в спект- ре излучения которых много коротковолновой энергии. Под люминесцентными лампами ткани листьев наи- более дифференцированы, клетки расположены плотно, в столбчатой паренхиме значительно меньше воздушных полостей и просветов. Высота клеток палисадной парен- химы листьев превосходит таковую у растений под лам- пами накаливания: у томатов на 7%, перца на 20, бакла- жанов и фасоли на 19, а у редиса даже на 80%. Анало- гичная картина наблюдается при измерении высоты губ- чатой паренхимы. Под люминесцентными лампами она 146
больше, чем под лампами накаливания: у томатов на 40, баклажанов на 45, фасоли и перца на 50%. Под ксеноновыми лампами толщина листа или равна, или больше, чем под люминесцентными лампами. На- пример, у сахарной свеклы под люминесцентными лампа- ми она составляла 300, под ксеноно- выми 300- 400, а при естественном облучении летом 207—313 мкм. В ряде случаев у растений под люми- несцентными лампами наблюдалось значительно большее число устьиц на верхней и нижней сторонах лис- та, чем под другими лампами или без дополнительного облучения в теплице зимой. Плотность тканей листа у расте- ний в различных условиях облуче- ния коррелирует с весом единицы площади листьев: наибольший вес 1 см2 поверхности листа у растений под люминесцентными лампами, а наименьший — под лампами накали- вания и ртутными типа ИГАР-2. Вес единицы площади листа, или, как говорят, поверхностная масса листьев, под люминесцентными лам- пами значительно больше, чем в теп- лице зимой, и практически не отли- чается от величин, установленных для большинства видов растений в естественных условиях летом в раз- ных зонах СССР — от Мурманской области до Крыма. Рис. 49. Попереч- ный срез листа фасоли Сакса без волокна, выращен- ной при разных условиях облуче- ния (декабрь): 1 — люминесцентные лампы, 2 — лампы на- каливания. 3 — естест- венное облучение По анатомическим признакам ли- стья под люминесцентными лампами можно отнести к группе световых, у них хорошо развиты палисадная и губчатая ткани (рис. 49), число устьиц на единицу поверхности значительно больше, чем под лам- пами накаливания, причем устьица имеются не только на нижней поверхности листовой пластинки, но часто встре- чаются и на верхней. У томатов число устьиц на единицу площади под люминесцентными лампами было 20, под лампами накаливания — 8, при естественном облуче- нии—0. По размеру клеток эпидермиса листья под люми- G* 147
несцентными лампами не отличаются от листьев под дру- гими источниками искусственного облучения, но стенки клеток у них менее извилисты, чем у листьев под лам- пами накаливания, неоновыми пли ртутными типа ИГАР-2. Аналогичное строение листьев наблюдалось у сеян- цев дуба, выросших под люминесцентными лампами и лампами накаливания. Ван дер Вин и Мейер (1962) указывают, что на стро- ении листьев неодинаково отражаются отдельные виды излучения видимой области спектра; листья периллы при красном свете приобретают бугристую поверхность, чего не бывает при синем или зеленом свете. Действие длинноволнового ультрафиолетового излу- чения при светокультуре растений изучено пока очень мало. Известно, что излучение в области 365 нм способ- ствует развитию столбчатой и губчатой паренхимы. По сравнению с огурцами и томатами, выращенными зимой в теплице без дополнительного облучения, листья опыт- ных растений имеют более плотную столбчатую и в 1,5— 2 раза толще губчатую паренхиму с большими межкле- тниками, что повышает поглощение излучения и обес- печивает хороший газообмен. Таким образом, толщина листовой пластинки опреде- ляется не только величиной облученности, но и спект- ральным составом излучения. Палисадная и губчатая паренхима наиболее развита у листьев под люминесцент- ными и ксеноновыми лампами и летом при полном сол- нечном излучении. Листья растений под лампами нака- ливания, неоновыми, ртутными или не облучавшиеся до- полнительно зимой в теплице по анатомическим призна- кам относятся к группе теневых. Что касается размеров листовых пластинок йод разными лампами, то они также зависят от спектра излучения источников. В естественных условиях в большинстве случаев раз- личия в спектральном составе излучения света слишком малы, чтобы оказать значительное влияние на рост стеб- ля. При искусственном облучении этот фактор сущест- венно сказывается на росте стебля в высоту и на его диаметре. При длинноволновом излучении под лампами накаливания и ксеноновыми стебли обычно вытягивают- ся; при коротковолновом под люминесцентными лампа- ми и лампами ДРЛ, наоборот, наблюдается сильное со- кращение междоузлий, 148
Предварительные исследования показали, что у стеб- лей растений под люминесцентными лампами типа ДС лучше дифференцируются проводящие пучки, хорошо развиваются механические ткани и образуется наиболь- шее количество камбиальных клеток по сравнению с ра- стениями под лампами накаливания, неоновыми и ртут- ными (табл. 36, рис. 50). Таблица 36 Относительные размеры отдельных элементов стебля томатов в различных условиях облучения (лупа) Элементы стебля Лампы люмине- сцентные накалива- ния неоновые ртутные Коровая паренхима . . 10,5 2,8 4,0 2,5 Флоэма . .... 5,5 1,8 3,4 1,5 Ксилема . 14,0 7,0 10,0 8,0 Сердцевина .... 86,0 36,0 39,0 37,0 Общая толщина среза . . 144,0 61,0 73.0 56,0 А Рис. 50. Поперечный срез стебля фасоли Сакса без волокна, вы- ращенной при разных условиях облучения (декабрь): А—люминесцентные лампы, Б — лампы накаливания, В — есте- ственное облучение 149
ОБРАЗОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ В ЛИСТЬЯХ Говоря о значении пигментов в жизни растений, К- А. Тимирязев писал: «В сущности, что бы ни произ- водил сельский хозяин или лесовод, он прежде всего производит хлорофилл и уже через посредство хлорофил- ла получает зерно, волокно, древесину и т. д.» '. Эта мысль К- А. Тимирязева приобретает особую значимость при выращивании растений с помощью искусственного облучения. В этом случае облученность растений обычно меньше, чем в естественных условиях, поэтому образо- вание пигментов в большей степени зависит от спект- рального состава излучения В свою очередь содержание пигментов в листьях в известных границах определяет поглощение ими лучистой энергии и интенсивность фо- тосинтеза. Вопрос о влиянии излучения ламп разного типа на образование пигментов в листьях изучен недостаточно. Из литературы известно, что в большинстве случаев син- тез хлорофилла идет быстрее под действием излучения в красном, а каротиноидов — в синем участках спектра. В то же время образование пигментов связано с вели- чиной физиологически активной облученности. При ма- лой облученности (до 20—25 Вт/м2) у ряда растений максимум образования хлорофилла соответствует излу- чению в красной части спектра, а при большой (30— 70 Вт/м2) — в синей. По мнению Н. П. Воскресенской и Г. С. Гришиной, образование пигментов идет почти оди- наково под действием излучений и в синей и в красной частях спектра. Наконец, существует мнение, что различ- ные растения по-разному реагируют на излучения в крас- ном или синем участках спектра и что их реакция зави- сит от географического происхождения. Изучая влияние излучения разных участков спектра на образование хлорофилла, исследователи не всегда сравнивают его с действием «белого» света, т. е. излуче- ния, имеющего одинаковую спектральную интенсивность в пределах всей видимой области спектра. В то же вре- мя достаточно хорошо известно, что наибольшее коли- чество хлорофилла образуется при белом свете и со- ответственно меньше при красном, синем и зеленом. 1 Тимирязев К-А Соч., т. 2. М., 1937, стр. 220. Т50
Таким образом, определенности по этому вопросу по- ка нет. К тому же большинство данных получено при монохроматическом излучении и их нельзя механически переносить в светокультуру растений, которая характе- ризуется разнообразными сочетаниями широких участ- ков спектра. Кроме того, необходимо учесть, что в прак- тической светокультуре растений обычно создаются не- высокие уровни физиологически активной облученности (30—40 Вт/м2). В этих условиях действие спектрально- го состава излучения проявляется особенно наглядно. Если количество хлорофилла (мг/дм2), образовавше- гося в листьях тепличных растений под лампами ЛД, условно принять за 100%, то под лампами ДРЛ оно бу- дет около 90, под ксеноновыми — 80—85, а под лампа- ми накаливания еще ниже — от 40 до 70 % • Следователь- но, листья растений под люминесцентными лампами со- держат хлорофилла столько же, сколько листья растений летом в теплицах при естественном облучении или боль- ше, а под лампами накаливания значительно меньше, но в 1,5—2 раза больше, чем в теплиц? зимой. По мнению ряда исследователей, содержание хлоро- филла в листьях не всегда постоянно и часто значитель- но изменяется в течение суток. Это наблюдается и при естественном облучении, и в факторостатных условиях. Разница между максимальным и минимальным содер- жанием хлорофилла в естественных условиях колеблется от 25% у картофеля до 30% у альпийских растений. Наи- большее количество пигментов отмечено в дневные часы. А. Леопольд (1968) также считает, что содержание хло- рофилла в зеленом листе периодически изменяется. В связи с такой противоречивостью взглядов для по- лучения достоверных данных при исследовании содер- жания хлорофилла в листьях необходимо брать пробы в одни и те же часы суток. Наибольшее содержание каротиноидов, как и хлоро- филла, обнаружено у растений под люминесцентными лампами. В салате, выращенном в декабре под лампами ДС, каротина почти в 11 раз больше, чем под лампами накаливания, и в 9 раз больше, чем в выращенном в теп- лице зимой при естественном облучении. При пересчете на вес сырого вещества его количество достигает 17мг%, а летом в естественных условиях— 13 мг%. Аналогичная закономерность наблюдается при опре- делении количества ксантофилла в листьях. Под лампа- 151
ми накаливания его образуется значительно меньше, чем под люминесцентными,—-от 46 (томаты) до 78% (фа- соль, пшеница). Под неоновыми лампами его еще боль- ше— 79—95%, а под ртутными — 65—90% от количества ксантофилла, накапливающегося под люминесцентными лампами. При естественном облучении зимой в теплице количество ксантофилла у разных культур сильно ко- леблется. Так, у томатов оно составляет всего 16% от его количества под люминесцентными лампами, у реди- са -— 22, фасоли — 77 и у салата — 87% . Как правило, максимум каротиноидов образуется под люминесцентными лампами типа ЛД. Таким образом, при равной величине физиологиче- ски активной облученности максимальное количество пигментов (хлорофилла и каротиноидов) образуется под действием излучения люминесцентных ламп типа ЛД или ЛБ. Вероятно, это можно объяснить относительно малой интенсивностью их излучения и преобладанием из- лучения в коротковолновой части видимой области спект- ра. Не исключено влияние ультрафиолетового длинно- волнового излучения (300—400 нм), частично проходя- щего через стекло люминесцентной лампы. Подтверждено, что даже при стабильных внешних условиях (в фитотронах) содержание хлорофилла в те- чение дня подвергается периодическим изменениям, воз- растая в дневные часы и снижаясь к вечеру. Таким образом, листья растений, выращиваемых под люминесцентными лампами, по структуре и накоплению пигментов занимают среднее положение между световы- ми и теневыми листьями: они имеют наибольшую тол- щину пластинки и наибольшее количество пигментов. Совмещение в одном листе этих особенностей способ- ствует более полному поглощению листом падающей на него лучистой энергии. ПОГЛОЩЕНИЕ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ ЛИСТЬЯМИ При изучении действия оптического излучения на ра- стения всегда необходимо учитывать, что в физиологи- ческих процессах (фотосинтез, образование пигментов, рост, фотоморфогенез и проч.) участвует только та часть излучения, которая поглощается растительными тканя- 152
ми. Поэтому еще более 70 лет назад К- А. Тимирязев поставил перед физиологами растений задачу выяснить, какая часть солнечного излучения, падающего на лист, им используется. Рациональное решение этого вопроса приобретает особенно важное значение, когда растения выращивают при искусственном облучении. Выращенные методом све- токультуры растения, используя не даровую солнечную энергию, а лучистую энергию электрических ламп, не создают новых запасов энергии на земле, как в процессе фотосинтеза при естественном облучении, а лишь транс- формируют лучистую энергию ламп в химическую энер- гию растений. Чем выше коэффициент поглощения ра- стениями искусственного излучения, тем меньше элект- рической энергии затрачивается на выращивание едини- цы растительной продукции и тем большее значение получает искусственное облучение растений в народном хозяйстве. Исследования последних лет показали, что в условиях светокультуры полнота поглощения лучистой энергии растениями зависит главным образом от спект- рального состава излучения и оптических свойств листь- ев, которые определяются в основном толщиной листовой пластинки и концентрацией пи-гментов. Зеленый лист большинства сельскохозяйственных ра- стений представляет собой пластинку, площадь которой у растений средней полосы СССР достигает десятков и сотен квадратных сантиметров. Толщина листьев колеб- лется от нескольких десятков до 200—300 мкм. В каж- дой листовой пластинке есть воздушные полости и раз- личные органические и неорганические вкрапления, ко- торые существенно влияют на поглощение листом лучи- стой энергии отдельных участков спектра. Как показали исследования, воздух в межклетниках, многократно от- ражая излучение внутри листа, способствует увеличению поглощения растением лучистой энергии. У большинства растений в естественных условиях средней полосы СССР общее содержание хлорофилла в листе колеблется от 4,0 до 12,0 мг/дм2. Каротиноидов, поглощающих в основном коротковолновое излучение видимой части спектра, в листе значительно меньше— от 0,1 до 1,0 мг/дм2. Зато в листе много воды — около 90%, которая поглощает инфракрасное излучение. Большое влияние на оптические свойства листа ока- зывает плотность растительных тканей, которую харак- 153
теризует вес единицы площади листа. У растений сред- ней полосы эта величина достигает 20 мг/дм2, а при ис- кусственном облучении варьирует от 8 до 28 мг/дм2. С известной условностью зеленый лист можно рас- сматривать как плоский светофильтр, пропускающий и отражающий лучистую энергию по законам оптики. Од- нако в отличие от прозрачных стеклянных светофильтров лист является мутной светорассеивающей средой, что очень осложняет измерение лучистой энергии, которая пропускается, отражается и поглощается им. Спектраль- ные кривые пропускания и отражения лучистой энергии листьями большинства культур показали, что спектраль- ные свойства их очень близки. Как правило, максимум отражения и пропускания излучения находится в зоне зеленой части спектра (550 нм). Поглощение имеет два максимума: один в сине-фиолетовой (440 нм), а дру- гой— в красной (около 660 нм) области спектра. В сред- нем величины отражения и пропускания физиологически активного излучения достигают каждая около 10%, а поглощение — около 80% от падающего. При искусственном облучении могут наблюдаться значительные отклонения от приведенных величин. На поглощение растениями инфракрасного излучения в на- стоящее время нет единого взгляда. Одни исследователи считают, что ближнее инфракрасное излучение поглоща- ется листом незначительно и не оказывает существенного влияния на физиологические процессы, а дальнее инфра- красное излучение с длинами волн больше 1100 нм по- глощается водой и значительно влияет только па тепло- вой режим листа. Другие авторы, наоборот, говорят о положительном физиологическом значении инфракрас- ного излучения в жизни растений. Есть данные, что ближнее инфракрасное излучение иногда поглощается весьма активно — свыше 30%. Исследования В. П. Рвачева и С. Г. Гуменецкого (1966) показали, что в зоне 740—1000 нм у большинства мезофитов поглощение ИК-излучения близко к 8—10%, а у ксерофитов с толстыми мясистыми листьями оно до- стигает 20- 25%, что обусловливается уже не столько пигментами, сколько клетчаткой. Процент поглощения излучения этого участка спектра у вечнозеленых расте- ний, перенесших зимовку, также достигает 20—25%, что представляет один из примеров адаптации растительного организма к внешним условиям. Такое увеличение погло- 154
щения связано с изменением общего содержания воды в листьях. Поглощение ультрафиолетового излучения изучено пока недостаточно. По последним данным, излучение в зоне 300—400 нм довольно полно (92—98%) поглощает- ся белками, нуклеиновыми кислотами и другими бес- цветными активными веществами клетки и, следователь- но, должно влиять на физиологические процессы расте- ний. Видимо, длинноволновое ультрафиолетовое излуче- ние в умеренных дозах необходимо для нормального обмена веществ и формирования органов растений. Мож- но предположить, что применение в светокультуре излу- чения в зоне 300—400 нм будет способствовать получе- нию большего урожая. Оптические свойства листьев в известной степени за- висят от угла падения направленного излучения. При увеличении угла падения излучения с 30 до 70° коэффи- циент поглощения снижается на 8—10% у блестящих и на 2—4% у матовых листьев, что связано с увеличением коэффициента отражения и уменьшением коэффициента пропускания. Эту закономерность в дальнейшем необ- ходимо проверить при разных источниках и облучатель- ных установках в закрытом грунте, чтобы найти наибо- лее оптимальные способы размещения ламп над расте- ниями. Из сказанного ясно, что измерение поглощенной ли- стом энергии излучения — трудная и далеко еще не ре- шенная проблема. Отражение от зеленого листа из-за неровности его поверхности и окраски будет смешанным и неравномер- ным. Плотные листья с блестящей поверхностью дают большее отражение, чем матовые или покрытые волос- ками. Поглощение в зоне 360—720 нм будет тем меньше, чем толще и плотнее эпидермис на листе, и зависит от спектрального состава излучения. Разница между по- глощением зеленых лучей опушенным и неопушенным листом— 16%; она увеличивается в зоне синего и умень- шается в зоне красного излучения. В условиях защищен- ного грунта эти факты ставят перед селекционерами но- вую задачу — создавать сорта с матовыми, гладкими листьями, богатыми пигментами. Как было указано, пропускание лучистой энергии в первую очередь определяется толщиной среды и ее оп- 155
тической плотностью. Проходя через мутную среду (лист), лучи многократно отражаются и преломляются, так что падающее на лист направленное излучение вы- ходит из него уже в виде рассеянного. Поглощение лучистой энергии листом пропорциональ- но концентрации поглощающих веществ (пигментов), что частично зависит от общей толщины листа (рис. 51). Рис. 51. Поглощение света толстым (/), средним (2) и тонким (3) листом (по П. Гаастра, 1959) В табл. 37 приведены следующие примерные цифры поглощенной листьями энергии излучения. Таблица 37 Лампы Люминесцентные................. . Накаливания.................... . Неоновые . . .......... Ртутные............................ Ксеноновые................. . . . Поглощение пзлучения, % общего физиологически активного 85—90 90 45—55 70 75 77 66 57 — 78 Поглощение излучения листом в некоторой степени зависит от его положения по отношению к падающему потоку излучения. Верхняя сторона листовой пластинки 156
поглощает излучение в большей степени, чем нижняя. Объясняется это прежде всего тем, что у большинства растений нижняя сторона листа значительно светлее верхней, поэтому и отражение лучистой энергии от пер- вой будет несколько больше. Степень прохождения лучистой энергии через лист зависит и от того, в какие ткани сначала попадает из- лучение. Если оно падает на лист сверху, то на его пути будет сначала столбчатая, а затем губчатая паренхима и энергии пойдет .на 2—3% меньше, чем в обратном на- правлении. Аналогичные данные получены Мосс и Лю- мис (1952), согласно которым отражение излучения от нижней поверхности листа тополя было на 15% выше, чем от верхней. Как уже указывалось, применение интегрирующей сферы позволяет определять пропускную и отражающую способность листа, не отделяя его от растения. Это дает возможность делать систематические наблюдения, кото- рые показывают, что оптические свойства листа значи- тельно меняются с его возрастом. Таблица 38 Пропускание (7), отражение (7?) и поглощение (Л) видимого излучения (% от падающего) листьями фасоли различного возраста Лампы Про- цесс Возраст листа фасоли, дни Разни- ца за 20 дней 8 13 23 28 Простой лист Люминесцентные . . Накаливания . А А 78,0 73,0 75,5 00,0 69,0 45,0 69,0 45,0 9 28 Второй настоящий лист Люминесцентные . . . Т 9,0 9,5 11,0 11,0 2,0 R 9,0 10,0 11,5 13,5 4,5 А 82,0 80,5 77,5 75,5 6,5 Накаливания . . . . Т 9,5 13,0 18,5 19,5 10,0 R 11 ,0 13,0 20,0 20,5 9,5 А 79,5 74,0 61,5 60,0 19,5 157
По мере старения листа его способность к поглоще- нию лучистой энергии уменьшается. Скорость этого про- цесса у листьев в разных условиях облучения неодина- кова, что особенно заметно при искусственном облуче- нии. Под люминесцентными лампами поглощающая спо- собность падает значительно медленнее, чем под лампа- ми накаливания (табл.38). Таким образом, у листьев под люминесцентными лам- пами фотосинтетическая функция продолжительнее и уровень ее выше, что позволяет в этом случае объяснить соответственно большее накопление растениями органи- ческой массы вообще и урожая в частности. У растений, растущих под люминесцентными лампа- ми, способность 2-го настоящего листа к поглощению за 20 дней (с 8- до 28-дневного возраста) уменьшилась все- го на 6,5% (с 82 до 75,5%). Значительно быстрее сни- жалась способность к поглощению излучения у такого же листа и за тот же срок под лампами накаливания. В 8-дневном возрасте она мало отличалась от варианта ЛЛ и достигала 79,5%. Но через 20 дней интенсивность поглощения упала до 60%, т. е. на 19,5%, что в три раза превышает вариант ЛЛ. У простого листа фасоли эта разница была еще более наглядной: 9% в варианте ЛЛ и 28% в варианте ЛН. Следовательно, у листьев вариан- та ЛЛ наблюдается большая активность усвоения лучи- стой энергии, что способствует большому накоплению органической массы вообще и урожая в частности. Таким образом, поглощение лучистой энергии зави- сит от конструкции облучательных установок, величины облученности и спектрального состава излучения приме- няемых ламп, а также от анатомо-морфологических и физиологических особенностей, весьма различных у ра- стений разных видов, сортов и возраста. Что касается изменения оптических свойств листьев в течение дня, то результаты многих исследований пока- зывают значительную лабильность в дневном пропуска- нии и отражении лучистой энергии как в естественных условиях, так и в камерах. Так, явление изменчивости пропускания излучения в течение дня наблюдала Г. В. Устинова (1958) при постоянстве облученности и спектрального состава излучения, а также других фак- торов внешней среды. Объектом исследований были ли- стья огурцов, томатов и фасоли, находившихся под лю- минесцентными лампами. Измерения проводили каждые 158
30 мин — с 5 ч 30 мин до 19 ч 30 мин. При постоянном облучении разница между максимумом и минимумом до- стигала 10—12%, е при прерывистом (7,5 соблучение и 7,5 с темнота) —5—6%, т. е. изменчивость имела более сглаженный характер. В данном случае процесс зависел не только от внешних воздействий, но, по-видимому, определялся естественной сменой состояния возбужде- ния и торможения (Гунар, 1953 и др.). Наибольшее поглощение лучистой энергии как при разовых определениях, так и в онтогенезе отмечено пока у растений, выращенных под люминесцентными лампа- ми ЛД. Это можно объяснить тем, что под этими источ- никами излучения наиболее благоприятно для погло- щения лучистой энергии сочетаются особенности свето- вых (максимальная толщина и общее строение листовой пластинки) и теневых (наибольшее содержание пигмен- тов) листьев. Практика выращивания растений под раз- ными лампами позволяет предположить, что продуктив- ность растений будет выше, если они, помимо видимого излучения, будут получать некоторое количество ультра- фиолетового и инфракрасного облучения (Леман, 1961; Селга, 1968). Необходимо определить реакцию различ- ных растений на эти излучения и наиболее эффективную их дозу. Самыми перспективными для дальнейших исследова- ний оптических свойств листьев и создания оптимально- го режима выращивания растений без солнца являются ксеноновые лампы со специальными фильтрами, регули- рующими количество излучения отдельных участков спектра. Из сказанного можно сделать вывод об особой важ- ности эколого-физиологических исследований оптиче- ских свойств листьев в условиях светокультуры. Изуче- ние оптических свойств листьев растений и, наконец, фитоценозов позволит обосновать практические рекомен- дации для более полного использования лучистой энер- гии искусственных источников. ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ЛИСТЬЕВ Поглощаемая листом лучистая энергия расходуется главным образом на транспирацию и теплоотдачу (90— 96%). На фотосинтез расходуется значительно меньше 159
энергии (1—5%). И совсем мало ее затрачивается на нагрев воды в тканях листа, флуоресценцию, ростовые процессы и проч. При изучении тепловых свойств листа наибольшее практическое значение имеет величина температурного градиента, т. е. разница между температурой листа и воздуха. Эта величина прямо пропорциональна облучен- ности листа п коэффициенту поглощения излучения и обратно пропорциональна коэффициенту теплопередачи и интенсивности транспирации. В естественных условиях средней полосы европейской части СССР температурный градиент листа обычно не- велик (градусы или доли градуса) и положителен, т. е. лист теплее воздуха. Отрицательный градиент наблюда- ется при ветре, сильной транспирации или в темноте. В тепличных условиях при малоподвижном влажном воздухе транспирация и теплоотдача листьев значитель- но слабее. Поэтому применение источников, имеющих в своем спектре значительную долю инфракрасного излу- чения (лампы накаливания и др.), часто приводит к пе- регреву листьев и нарушению их физиологических функ- ций. Чтобы избежать перегрева, высоту подвеса ламп необходимо сочетать с облученностью и температурой воздуха. При температуре воздуха ниже 20° С опасность перегрева обычно невелика. С повышением температу- ры до 25—30° С температурный градиент листа необхо- димо снизить. Обычно он достигает максимального зна- чения через 5 мин после начала облучения. Далее, при низкой облученности он остается без изменения, а при высокой начинает постепенно падать; через 20—25 мин наступает состояние подвижного равновесия, которое определяется интенсивностью транспирации и толщиной листовой пластинки. Следовательно, разница между температурой листа и воздуха определяется интенсивностью транспирации, строением листа, наличием пигментов и прочими факто- рами. Величина температурного градиента у листьев огурца на расстоянии 20 см от ламп составит; Лампы накаливания 500 Вт/м2 . . .11° Лампы накаливания 1000 Вт/м2 . ... 19° Лампы ртутные 500 Вт/м2 . .... 16° Лампы неоновые 500 Вт/м2 .... 15° Лампы люминесцентные 500 Вт/м2 . . 0—0,5° Лампы ДРЛ 500 Вт/м2...................3—5° 160
При уменьшении расстояния между лампами и ли- стом до 5 см нагрев листа значительно увеличивается: под лампами накаливания листья быстро засыхают и гибнут, а под люминесцентными температурный градиент поднимается до 3—4°. Под современными мощными лампами при достаточ- ном расстоянии между ними и растениями (порядка 50— 100 см) температура листьев мало отличается от тем- пературы окружающего воздуха. Так, при температуре воздуха 23° С наблюдаются следующие температурные градиенты в зависимости от облученности листьев: Лампы Огурцы Томаты ДКСТВ-6000 —0,2 до —0,6 до —0,3° —0,7° ЛОР-1000 0.2 до 0,7° —0,3 до —0,5° ДРЛФ-400 0,1 до 0,4° —0,6 до —0,6° ФОТОСИНТЕЗ Фотосинтез, т. е. создание из углекислоты и воды с помощью лучистой энергии органических веществ, — один из основных физиологических процессов у зеленых растений. Основная клеточная структура, в которой осуществ- ляется процесс фотосинтеза, -— хлоропласты. Они пред- ставляют собой небольшие зеленые тельца диаметром около 5 мкм и состоят из двойной мембраны, окружаю- щей жидкое основное вещество,'или строму. Строма про- низана многочисленными двуслойными ламеллами, ко- торые под действием излучения образуют упорядоченные плоские слои. В них, видимо, и находятся молекулы хло- рофилла. Ламеллы собраны в столбики, называемые гра- нами. Световые реакции фотосинтеза происходят в гра- нах, а последующее восстановление углекислого газа и образование углевода — в строме. Если зеленый лист поместить в темноту, то ламеллярные структуры разру- шаются. Под действием излучения в хлоропластах про- исходят основные биохимические процессы фотосинтеза: фотолиз воды (реакция Хилла), фотосинтетическое фос- форилирование, фиксация углекислоты и синтез крах- мала. 161
В каждой клетке мезофилла находится от нескольких десятков до нескольких сотен пластид, что составляет многие сотни тысяч на 1 мм2 поверхности листа. При изучении пластид в условиях светокультуры установле- но, что под люминесцентными лампами хлоропласты нор- мальных размеров формируются при сравнительно ма- лых уровнях физиологически активной облученности (30—40 Вт/м2). При этом их число настолько велико, что по ассимиляционной поверхности они в 10—20 раз боль- ше площади листа. С увеличением облученности возра- стает и число хлоропластов. Так, под ксеноновой лам- пой с повышением облученности от 50 до 400 Вт/м2 об- щее число пластид увеличилось в 6 раз. Увеличение общей поверхности хлоропластов способствует повыше- нию поглощения как прямой, так и рассеянной лучистой энергии внутри различных тканей и клеток листа, что в свою очередь повышает интенсивность фотосинтеза. Кроме числа и размеров хлоропластов, на интенсив- ность фотосинтеза влияет также их положение в клетках палисадной паренхимы. При размещении их на боковых стенках клеток (так называемое положение парастро- фии) они проявляют наибольшую фотосинтетическую ак- тивность. Существенное влияние на структуру хлоро- пластов оказывает ультрафиолетовое излучение. Длинно- волновое ультрафиолетовое излучение (365 нм) вызы- вает увеличение размеров хлоропластов и усиленное развитие ламелл, т. е. возникновение новых активных поверхностей внутри хлоропластов. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение (265 нм), напротив, вызы- вает их быстрое разрушение. Общая формула фотосинтеза имеет довольно простой 'вид: 6СО,+6НаО *_„С.Н,А+6О2. Однако за кажущейся простотой скрываются много- численные физиологические, биохимические и биофизи- ческие процессы, которые в совокупности представляют сложнейшую проблему современного естествознания, не решенную полностью до сих пор. Фотосинтез изучают более 200 лет. В настоящее вре- мя исследованием различных аспектов этой проблемы занимаются многочисленные лаборатории и специаль- ные институты во многих странах мира. Поэтому вполне 162
естественно, что широкое развитие светокультуры вызва- ло интерес к прохождению этого процесса у высших ра- стений, выращиваемых при искусственном облучении. При изучении экологии фотосинтеза возникают две задачи: исследование интенсивности фотосинтеза листь- ев (поглощение СОг) и определение накопления расте- ниями органического вещества, т. е. биологическая про- дуктивность фотосинтеза. В настоящем разделе будут приведены данные толь- ко по поглощению СОг- Продуктивность фотосинтеза различных растений, выращиваемых при искусственном облучении, приводится в разделах, посвященных описа- нию биологического действия излучения разных ламп и способов облучения растений (см. гл. V, VII). Влияние видимого излучения различного спектраль- ного состава на фотосинтез растений изучается очень давно. Значительно меньше изучен фотосинтез при ульт- рафиолетовом и инфракрасном излучениях, т. е. как раз в тех областях спектра, которые можно регулировать при искусственном облучении. Ряд исследований пока- зывает, что нижняя граница фотосинтеза лежит около 330—350 нм, а при более коротковолновом излучении наблюдается его подавление и разрушение хлорофилла. Вместе с тем известно, что определенные количества длинноволнового ультрафиолетового облучения (300— 400 нм) для ряда растений не только не вредны, но и полезны. Дополнительное длинноволновое ультрафиолетовое (365 нм) облучение растений томатов и огурцов значи- тельно стимулирует интенсивность фотосинтеза (при- мерно 150% от необлучаемых контрольных растений). Объясняется это повышенным содержанием хлорофилла, хорошо развитой ламеллярной системой хлоропластов, обеспечивающей большую фотосинтетически активную поверхность, и благоприятным анатомическим строени- ем листьев, у которых большие межклеточные простран- ства в губчатой паренхиме способствуют успешному газообмену с наружным воздухом. При облучении растений длинноволновым ультра- фиолетовым излучением (340—360 нм) уровень фотосин- тетических процессов достигает 50—80% эффективности красного излучения физиологически активной области спектра. Хорошо известно, что высокогорные растения Памира, растущие при повышенной дозе длинноволново- 163
го ультрафиолетового излучения, отличаются высокой интенсивностью фотосинтеза и большими урожаями. Об- лучение высокогорных растений коротковолновым ульт- рафиолетовым излучением (лампы ДРТ) в ряде случаев дает положительные результаты. Еще меньше изучен фотосинтез при инфракрасном излучении. Единой точки зрения о влиянии инфракрас- ного излучения на фотосинтез пока нет. Большое влияние на фотосинтез оказывает величина облученности (рис. 52). В большинстве случаев скорость Рис. 52. Схематическая кривая фотосинтеза в зависимости от интенсивности облучения: Д — начальный наклон кри- вой; В — линейный участок кривой; С — компенсационная точка; D — насыщающая интенсивность облучения; Е — максимальная интенсивность фотосинтеза (по Леопольду, 1968) ассимиляции углекислоты зелеными листьями сначала следует за увеличением физиологически активной облу- ченности. Затем наступает момент, когда дальнейшее ее усиление не стимулирует фотосинтез, а иногда даже угнетает его. Это явление может быть обосновано дей- ствием различных внешних факторов и физиологической особенностью данного растения. Сильное влияние на ход фотосинтеза оказывает со- держание углекислоты в воздухе (рис. 53). Нижняя гра- 164
ница содержания СО2, при которой начинается ассимиля- ция, около 0,01%- Наиболее эффективно протекает фо- тосинтез при 0,2—0,3% СО2, что в 8—10 раз больше среднего содержания его в воздухе. При уве- личении содержания уг- лекислоты до 2—3% на- чинается угнетение фи- зиологических процес- сов. Взаимосвязь меж- ду поглощением СО2 и спектральным составом излучения изучена еще недостаточно. Об этом пока можно судить по косвенным результа- там: суммарному фото- синтезу и образованию растениями сухого ве- Интенсивность облучения, лк Рис. 53. Световые кривые фотосинте- за проростков пшеницы при разных концентрациях углекислоты в воздухе: / — 0,13%, 2 — 0,05%, 3 — 0,028% (по Гуверу, 1933) щества. Большое значение для фотосинтеза имеет температура воздуха (рис. 54), обеспечен- ность растений водой и минеральным питани- ем, возраст листьев и другие особенности. У одних расте- ний порог так называемого светового насыщения насту- пает раньше (5—10 клк), у других — значительно позже (20—25 клк; рис. 55). В промышленной светокультуре имеет место обычно первый случай (Леман. 1955), в све- то-физиологических исследованиях — второй (Ничипоро- вич, 1966). Для определения интенсивности фотосинтеза в пос- леднее время все чаще применяют различные газоанали- заторы, приспособленные к непрерывной регистрации поглощения углекислоты из воздуха зеленым листом. Эти приборы основаны на способности углекислоты погло- щать инфракрасное излучение с длиной волны 4,2— 4,3 мкм. Газоанализаторы обладают очень высокой чув- ствительностью (до 0,0001 объемного процента содер- жания углекислоты в воздухе) и малой инерционностью (изменение содержания СО2 отмечается записывающим устройством через несколько секунд). 165
Рис. 54. Зависимость фотосинтеза от температуры воз- духа (по Лундегорду): 1 — картофель, 2 — томаты, 3 — огурцы Рис. 55. Зависимость фотосинтеза от .интенсивности облуче- ния у световых (/) и теневых (2) растений (схема) 166
С помощью приборов типа УРАС (URAS), выпускае- мых в ряде стран, определяют фотосинтез и в полевых, и в лабораторных условиях. В СССР для непрерывной ре- гистрации фотосинтеза применяют приборы ГИП-5, ГИП-7 и др. В отдельных случаях интенсивность фотосинтеза под люминесцентными лампами типа ЛД превышает средние его величины при естественном облучении летом — 10— 20 мг СОг на 1 дм2 в 1 ч. Культуры Томаты Лучший из всех . Фасоль Сакса без волокна Капуста Номер первый . Огурцы Неросимые . Георгины................. Земляника Подарок весны . Люминесцент- ные лампы ЛД-30 . . 18,8 . . 21,9 . . 9,7 . . 24,6 . . 11,0 . . 10,0 Полученные цифры представляют особый интерес, по- тому что физиологически активная облученность от ис- кусственных источников излучения относительно неве- лика и составляет примерно */ю наблюдаемой на откры- том месте в летний полдень. Растения же по своим раз- мерам обычно только в 2—3 раза меньше выращенных при летнем солнечном облучении. Определение интен- сивности фотосинтеза показало, что под люминесцент- ными лампами его интенсивность выше, чем под неоно- выми, ртутными или лампами накаливания. Позже при определении интенсивности фотосинтеза под разными лампами у томатов, огурцов, редиса, капу- сты, фасоли, гортензии, земляники, дуба и многих других растений, было установлено, что при равных условиях корневого питания, снабжения водой, температуры почвы и воздуха, физиологически активной облученности и про- должительности светлого периода у всех этих растений под люминесцентными лампами углекислота из воздуха усваивается весьма активно. У тепличных растений, не получающих зимой искус- ственного облучения, интенсивность фотосинтеза на- столько незначительна, что часто расход органического вещества при дыхании превышает его накопление при фотосинтезе. Отсюда понятна гибель молодых растений, выращиваемых зимой без искусственного облучения. Ра- стения растут до тех пор, пока не израсходуют всех за- 167
пасов органических веществ. Отдельные сорта огурцов, томатов, пшеницы и даже фасоли иногда отмирают после образования 2—3, максимум 5 слабых светло-зеленых листочков и хилого невысокого стебелька. Под лампами ДРЛ величины ассимиляции углекис- лоты у растений были пли равны, пли немного превы- шали таковые под люминесцентными лампами. Наилучшпе результаты дают ксеноновые лампы. Бла- годаря непрерывному спектру в области физиологически активного излучения и высокой облученности растения под ними отличаются высокой интенсивностью фотосин- теза. Средние величины ассимиляции СО2 за день зна- чительно выше, чем под люминесцентными лампами (табл. 39). Таблица 39 Интенсивность фотосинтеза и дыхания у томатов сорта Лучший из всех под разными лампами Лампы Интенсивность фотосинтеза, мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч И нтенсивнос ть дыхания, см СО2 на 1 дм2 в 1 ч Дневная про- дуктивность фотосинтеза, мг СО2 на 1 дм2 Люминесцентные 20,0 2,1 320 Ксеноновые . . . . 38,0 3,0 680 Определение интенсивности дыхания у растений, вы- ращенных под разными лампами, показало, что под лю- минесцентными, ДРЛ и ксеноновыми оно составляет около 10% от интенсивности фотосинтеза. Под другими источниками излучения (ЛН, НЕ и РТ) интенсивность дыхания значительно выше — 25—30% от интенсивности фотосинтеза. Соответственно и органическое вещество под этими лампами растения накапливают гораздо мед- леннее. Хорошо известно, что дневной ход фотосинтеза в есте- ственных условиях крайне неравномерен. Многие счита- ли, что это определяется постоянно меняющимися внеш- ними факторами (облученность, температура, влажность и т. п.). Однако исследования в стабильных внешних ус- ловиях показали, что в дневной неравномерности фото- синтеза большую роль играет физиологическое состоя- 168
ние растения, его филогенез и онтогенез. В настоящее время полагают, что неравномерность фотосинтеза, как и многих других физиологических процессов в растении, объясняется его двухфазным характером (возбужде- ние— торможение), обусловленным периодическими из- менениями функционального состояния клеток и тканей (Гунар, 1953 и др.). В условиях светокультуры растений иногда прихо- дится заменять один источник искусственного излучения другим. При этом изменяется спектральный состав излу- чения, а иногда и облученность. В большинстве случаев растения приспосабливаются к такой перемене, хотя не- которое время их фотосинтез идет менее энергично. Часто оптимальные условия искусственного облуче- ния создаются не только путем изменения облученности пли спектрального состава физиологически активного из- лучения, но и путем применения прерывистого пли пере- менного облучения (гл. V). При переменном облучении у высших растений ряд физиологических процессов про- ходит энергичнее, например интенсивность фотосинтеза возрастает в 2—2,5 раза. Если под неподвижной рамой с люминесцентными лампами интенсивность фотосинте- за у рассады томатов при освещенности в 5 клк равня- лась 20—23 мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч, то под подвижной рамой — 40, у рассады огурцов соответственно 11 и 29 мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч. В ряде опытов отмечались еще большие величины: средняя величина ассимиляции до- стигала 60—80, а при отдельных максимумах — 90 мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч. Дневная продуктивность фотосинтеза огурцов соот- ветственно возрастает с 300 до 600—800 мг/дм2, а в от- дельных случаях — до 1000 мг/дм2. Столь высокая про- дуктивность фотосинтеза подтверждает большие физио- логические возможности растений. Известно, что в горах можно встретить еще большие величины ассимиляции, например 232 мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч. Не только горные растения обладают высоким потенциальным фотосинте- зом. Так, установлено, что большой ассимиляционной способностью обладают бобовые (до 87 мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч) и крестоцветные (до 66 мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч). Возможность столь же интенсивного фотосинтеза в условиях светокультуры косвенно подтверждается быст- рым накоплением растениями сухого вещества (см. гл. V). 169
Дневной ход фотосинтеза при переменной облученно- сти почти не отличается от такового под лампами, вися- щими неподвижно. В обоих случаях встречаются одно- вершинные кривые с одним максимумом через 6—8 ч после начала облучения, двухвершинные с двумя макси- мумами — через 4 и 6 ч и пологопадающие в течение всего светлого периода суток (с 8 до 24 ч). Интенсив- ность дыхания также увеличивается при переменном об- лучении в 1,5—2,0 раза. Однако абсолютные величины его (3—5 мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч) значительно уступают фотосинтезу. При использовании движущихся установок листья среднего яруса растений, физиологически наиболее ак- тивные, облучаются значительно лучше, а движущаяся арматура вызывает перемешивание воздуха и некоторое обогащение его углекислотой в зоне растений. В этом случае в процесс фотосинтеза включается большая ас- симиляционная поверхность, что способствует более ин- тенсивному образованию органического вещества в ра- стении. По-видимому, полученный эффект нельзя объя- снить только созданием благоприятных условий для про- хождения темновой и световой фаз фотосинтеза и оттока ассимилятов из листа. Несомненно, имеет значение из- менение физиологической активности хлоропластов, вы- зываемое ритмическим раздражением их переменным облучением. При периодическом изменении величины облученности у хлоропластов периоды малой активно- сти сменяются периодами высокой активности, когда излучение действует не только как источник энергии, но и как раздражитель, значительно повышающий способ- ность хлоропластов к поглощению и усвоению лучистой энергии (Гунар, 1953). Итак, наиболее интенсивный фотосинтез отмечен у растений под лампами люминесцентными, ДРЛ и ксено- новыми. При облучении растений неоновыми, ртутными и ртутно-вольфрамовыми лампами активность фотосинте- за значительно ниже. Под лампами накаливания наряду с невысоким фотосинтезом отмечается усиленное дыха- ние, превышающее иногда величину ассимиляции. При длительном выращивании растений в факторостатных условиях суточная кривая ассимиляции не следует за хо- дом изменения внешних факторов, а часто соответствует дневной кривой в естественных условиях. 170
При замене одного типа источника излучения другим интенсивность ассимиляции, как правило, значительно снижается. Наименьшее снижение отмечено при смене цветного света на белый. Создавая режим переменного облучения, можно получить высокие величины фотосин- теза (80—90 мг СО2 на 1 дм2 в 1 ч), близкие к макси- мально возможным при естественном облучении. Таким образом, используя особенности искусственно- го облучения в закрытых помещениях, можно добиться более эффективного использования факторов внешней среды и создать оптимальные фитоценозы, отличаю- щиеся высокой продуктивностью. ФОТОМОРФОГЕНЕЗ Помимо фотосинтеза для растений, выращиваемых методом светокультуры, важное значение имеют про- цессы фотоморфогенеза, т. е. изменения размеров и фор- мы иод влиянием излучения разного качества и разной интенсивности. Материальной основой, с помощью которой осущест- вляется формативное действие, служат, видимо, пигмен- ты. Один из них — хромопротеид фитохром (фх). Уста- новлено, что фитохром существует в двух формах: одна поглощает красное (red) излучение с длиной волны 660 нм (Фк), а другая — дальнее красное (far-red) с дли- ной волны 730 нм (Фдк). Под действием красного излу- чения Фк активизируется и переходит в Фдк, а под дей- ствием дальнего красного — наоборот. Установлено, что фитохром регулирует прорастание семян, растяжение стеблей, образование листьев и пигментов, формирова- ние корневой системы и некоторые другие физиологиче- ские процессы, ход которых определяется наличием взаимоисключающих влияний красного или дальнего красного излучения (red-far-red effect). Установлено также сильное формативное действие синего излучения с длиной волны 450 нм. Это излучение избирательно поглощается каротиноидами, флавинами и пластохинонами. Формативное действие оптического излучения прояв- ляется также в виде фототропизма, т. е. неравномерного роста вследствие одностороннего облучения; фототакси- са— движения как в сторону источника, так и от него; 171
фотонастий — ненаправленных кратковременных движе- ний. Эти процессы редко оказывают значительное вли- яние на рост и урожай сельскохозяйственных культур. Более подробно они изложены в курсе физиологии ра- стений. Фотопериодизм сельскохозяйственных культур изучен еще недостаточно. Известно, что отдельные сорта тома- тов или огурцов неодинаково реагируют на разное соот- ношение светлого и темного периода суток. В летнее время эти культуры успешно растут и плодоносят и на юге (Крым), и на Крайнем Севере (Кольский п-ов). Из курса физиологии растений известно, что фотопе- риодическая реакция зависит от качества излучения, температуры воздуха, этапа развития растений и многих других факторов. Этапы органогенеза и фотоморфогенеза Более полную характеристику особенностей развития растений, выращиваемых при искусственном облучении, может дать изучение динамики прохождения отдельных этапов органогенеза путем морфофизиологического ана- лиза. В настоящее время метод морфофизиологического анализа развития растений получил широкое распро- странение как в СССР, так и за рубежом (Куперман, 1973). Применение его дает возможность своевременно и точно осуществлять биологический контроль за разви- тием растений. Метод особенно перспективен для куль- тур, выращиваемых в теплицах, где можно регулировать как условия внешней среды, так и в известной степени прохождение отдельных этапов органогенеза. Так, у томата сортов Пушкинский и Лучший из всех установлены следующие закономерности: — ускорение развития растений при выращивании их под ксеноновыми лампами по сравнению с люминес- центными происходит в основном в результате более быстрого прохождения II этапа — образование кисти; — «забег» в развитии растений, полученный на ранних этапах развития, сохраняется на всех последующих; — у томатов от темпов развития главного стебля зави- сит развцтпо цобегрв первого порядка (ускорение раз- 17?
вития главного побега замедляет или приостанавли- вает развитие боковых); — условия выращивания растений в конце II — начале IV этапа определяют число цветков в кисти. Таким образом, анатомическая структура листьев, накопление пигментов, усвоение лучистой энергии и, на- конец, фотосинтез и фотоморфогенез — лабильные физио- логические процессы. Так как в производственных усло- виях уровень облученности, как правило, невысок, основ- ным фактором, вызывающим изменчивость перечислен- ных процессов, является спектральный состав излучения ламп.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ ВЫРАЩИВАНИЕ РАСТЕНИЙ ПРИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ ОБЛУЧЕНИИ КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОКЛИМАТА ТЕПЛИЦ В отличие от открытого грунта в теплицах во время выращивания растений создается специфический стабиль- ный микроклимат, обеспечивающий все их потребности. В зависимости от конструкции теплиц для создания необходимой температуры воздуха и грунта в холодное время года используют трубные отопительные системы с горячей водой, калориферные отопительные системы, га- зовые горелки и в отдельных случаях электроподогрев. Летом, наоборот, для удаления избытка тепла, кроме форточной вентиляции, применяют принудительную вен- тиляцию с испарением воды. Преимущество последней системы охлаждения заключается в том, что одновремен- но с понижением температуры воздуха можно повысить его относительную влажность до 75%, что улучшает рост многих культур. При использовании мощных источников облучения проблема удаления избытка тепла приобретает особое значение. Поэтому процессы поддержания нужной для данной культуры температуры и влажности воздуха по возможности необходимо автоматизировать с условием не резкого, а постепенного изменения этих факторов. Значительно сложнее регулировать облученность ра- стений. В летнее время, когда ярко светит солнце, приме- няют различные системы внешнего и внутреннего затене- ния. Но в поздние осенние и зимние месяцы низкая есте- ственная облученность .в теплицах и короткий день не обеспечивает потребности растений в излучении. Поэто- му для выращивания ранней овощной рассады, получе- ния свежих овощей и выгонки цветочных растений в этот период года во многих тепличных хозяйствах применяют 174
дополнительное облучение растений. В промышленной светокультуре следует пользоваться только теми источни- ками, которые способствуют получению продукции высо- кого качества, правильному формированию растений, рентабельны и удобны для работы. Уровень дополнитель- ного облучения определяется задачей его применения, географической широтой, временем года, конструкцией теплицы и физиологическими особенностями выращивае- мых растений. Для выращивания рассады большинства сельскохо- зяйственных растений из семян достаточна облученность порядка 25—40 Вт/м2. Для выгонки цветочных или деко- ративных растений она может быть значительно ниже — до 1—2 Вт/м2. Известно, что для возникновения фотопериодической реакции у растений иногда достаточно очень незначи- тельной облученности: нескольких эргов или десятков эр- гов на 1 см2 в 1с физиологически активного излучения, т. е. от 0,5 до 10 лк освещенности, что соответствует ты- сячным или сотым долям ватта на 1 м2. Длительность до- полнительного облучения зависит от длины естественного дня и фотопериодической реакции растений. При, этом необходимо' строго следить за непрерывностью облуче- ния, т. е. за тем, чтобы между естественным и искусст- венным облучением не было темного перерыва. Необхо- димо также избегать включения источников света среди ночи, так как даже кратковременное облучение растений .нарушает ход их фотопериодической реакции. Представленные выше (см. табл. 4) данные о режиме естественной облученности относятся к Подмосковью. Более широкие представления об интенсивности физио- логически активного излучения в разных зонах СССР дает табл. 40, составленная по материалам С. Ф. Ва- щенко (1972). По мнению автора, в районе VII зоны можно выращивать без дополнительного облучения огур- цы и томаты с сентября—октября текущего года до июня — июля следующего года. В VI зоне дополнитель- ное облучение требуется только рассаде томатов для зимне-весеннего оборота, а в первых пяти зонах оно не- обходимо и огурцам и томатам как в фазе рассады, так и особенно при выращивании плодоносящих растений. Представленная таблица основного климатического фак- тора — облученности — позволяет теоретически опреде- лить развитие овощеводства защищенного грунта для 175
О Разделение территории СССР по притоку ФАР (сумма ФАР за декабрь и январь, кал/см2) Световые зоны 176
основных культур. Вместе с тем при разработке теплич- ных конструкций необходимо учитывать также другие климатические факторы — температуру воздуха, количе- ство снега и т. п. Следует помнить, что режим естественной облученно- сти определяется также толщиной конструктивных эле- ментов и в особенности чистотой стекол. К сожалению, до настоящего времени оба эти момента недостаточно учитываются при строительстве и эксплуатации теплиц. Следующий очень важный элемент микроклимата теплиц — содержание углекислого газа в воздухе. Выше уже говорилось о повышении интенсивности фотосинтеза при увеличении содержания углекислоты в воздухе. И если в полевых условиях малое содержание углекис- лоты является лимитирующим, а главное, неуправляемым фактором внешней среды, то в теплицах положение не- сколько иное. Там содержание углекислоты в течение су- ток часто меняется. Так, по данным Г. И. Тараканова (1968), под пленкой, где росли томаты и было внесено много навоза и минеральных удобрений, наблюдалась следующая динамика содержания углекислоты: в пасмур- ный день количество ее достигало 0,08%, в ясный (при усиленном фотосинтезе) — 0,04, а ночью поднималось до 0,12%. В то же время даже большое содержание угле- кислоты при слабом облучении не способствует повыше- нию урожая. Д. И. Латышев (1967) прямо указывает, что подкормка углекислотой в зимнее время без допол- нительного искусственного облучения неэффективна. О том же говорит опыт овощеводов Нидерландов (табл. 41). Таблица 41 Влияние дополнительного облучения лампами ДРЛ и подкормки 0,1%-ной углекислотой на состояние растений и урожай огурцов Условия выращивания рассады огурцов Число пло- дов на одно растение за 8 недель от начала пло- доношения Средняя дата появ- ления пер- вых жен- ских цвет- ков Среднее число меж- доузлий до появления первых женских цветков Искусственное облучение и под- кормка СОг 12,8 1/1 13,7 Искусственное облучение .... 12,2 1/1 13,8 Подкормка СО2 10,8 11/1 14,7 Без подкормки н облучения . . . 9,0 18/1 16,0 7 Зак. 3854 177
Результаты, получаемые при хорошем облучении и дополнительной подкормке углекислотой, весьма различ- ны По данным Н. П. Красинского (1956), эти приемы могут повысить урожай огурцов на 25—100%, томатов — на 15—20, салата — на 50—70% и т. п. Более реальные цифры увеличения урожая огурцов приводят Д. И. Ла- тышев (1967) — 10—20% и В. А. Чесноков (1968) — 20—40%. Видимо, результаты этого приема в значитель- ной степени определяются как состоянием растений, так и способом повышения содержания углекислоты в воз- духе. Основной источник углекислоты в воздухе — почва, в которой с помощью микроорганизмов происходит разло- жение органических веществ и образование углекисло- ты. В процессе фотосинтеза листья растений поглощают несколько десятков миллиграммов углекислоты за час на каждый квадратный дециметр своей поверхности. Поэто- му при большом количестве растений в теплице углекис- лота из воздуха днем часто потребляется почти целиком и растения начинают голодать. По данным О. Хита (1972), обогащение воздуха угле- кислотой снижает световой компенсационный пункт, т. е. позволяет более полно использовать лучистую энергию малой интенсивности, что весьма важно в условиях све- токультуры. В теплицах с центральным отоплением концентрация углекислоты в воздухе обычно невелика, поэтому реко- мендуется повышать ее искусственно в 10—15 раз. Су- ществуют различные способы газирования теплиц: рань- ше в почву вносили органические удобрения в жидком виде, закладывали толстый (8—10 см) слой навоза, сжи- гали древесный уголь в железных печах или дрова в пе- чах системы Равича; теперь раскладывают в пустых горшках куски твердой углекислоты, применяют жидкую баллонную углекислоту, используют углекислоту про- мышленных газов крупных предприятий. Наконец, повысить содержание СО2 в тепличном воз- духе можно сжиганием в специальных горелках газо- образного (пропан, метан) или жидкого (керосин) топ- лива. Для большинства овощных культур оптимальное содержание углекислоты порядка 0,3—0,5%, т. е. в 10— 20 раз больше, чем на открытом воздухе. Для поддержа- ния определенного уровня СО2 (которое зависит от ку- батуры теплиц, количества растений, их облученности, 178
температуры воздуха и других факторов) желательно ис- пользовать автоматические контролеры. По рекомендации В. А. Брызгалова (1962), овощные растения по требовательности к влажности воздуха мож- но разделить на три группы: 1) пасленовые, фасоль и др.— 60—65% относительной влажности; 2) салат, ук- роп, шпинат, щавель и другие доращиваемые растения— 70—75%; 3) тыквенные и другие выгоночные культуры— 80—90%. Для большинства культур оптимальная влажность почвы около 70%. Все вышесказанное позволяет сделать заключение, что современная теплица — очень сложное сооружение индустриального типа. Она должна быть оборудована точными электронными и автоматическими устройствами, регулирующими режимы облучения растений, темпера- туру воздуха (как в зоне листьев, так и в зоне корней), влажнрсть воздуха и содержание СО2. ВЫРАЩИВАНИЕ ОВОЩНОЙ РАССАДЫ Дополнительное облучение растений при недостатке естественного надо начинать сразу после появления всхо- дов, иначе у большинства культур сильно вытягивается подсемядольное колено. Температура воздуха в зоне ра- стений под облучательными установками регулируется изменением расстояния между растениями и лампами, а также общей температурой в теплице. В целом агротехника рассады при искусственном об- лучении почти не отличается от обычных приемов выра- щивания ее в теплицах весной. Как показали многочисленные опыты и практика теп- личных хозяйств, рассада успешно растет как при ис- пользовании люминесцентных ламп, так и ламп типа ДРЛФ и ксеноновых с водяным охлаждением. Физиоло- гически активная облученность должна быть от 25 до 35—40 Вт/м2, а продолжительность искусственного облу- чения такой, чтобы вместе с естественным период облу- чения суммарно составлял 12—14 ч в сутки для огурцов и 16—18 ч — для томатов. Установочная мощность для газоразрядных ламп колеблется от 300 до 400 Вт/м2, а при использовании ламп накаливания — от 500 до 1000 Вт/м2. 7* 179
Многолетний опыт исследовательских учреждений и практиков позволяет предложить следующие примерные режимы дополнительного облучения рассады в средних широтах страны (табл. 42). Таблица 42 Режим выращивания рассады в зимних теплицах при дополнительном облучении газоразрядными лампами Культура Начало облучения Период дополнитель- ного облучения, дни П р одолжит ельность облучения ежесуточ- но, ч Примерная у цельная мощность ламп, Вт/м2 Примесная освещен- кость растений, клк 1-й срок 2-й срок Огурцы .... Томаты .... 10— —15/XII 15— —25/XII 1-10/1 20—25/1 20-25 30-35 9-10 12-13 200-300 300-400 5- 6- -6 -7 П родолжение Культура Температура воздуха в зоне растений, °C Высота подвеса ламп над растениями, см Затраты электро - энергии в среднем на растение, кВт-ч днем ночью люми- не- срент- ных типа ДРЛФ ксеноновых ДКСТВ и ЛОР Огурцы Томаты . . . . 26-28 23-25 18 16 5-10 5-10 30—40 30-40 130-150 130-150 1,0-1,5 1,5-2,0 В ряде хозяйств общую площадь с выращиваемой рассадой делят на две зоны. Одну из них облучают с 12 ч ночи до 12 ч дня, а другую — с 12 ч дня до 12 ч ночи. С помощью специальных приспособлений одни и те же облучающие установки с газоразрядными лампами пе- редвигают в соответствующую зону. Считается, что рас- сада из обеих зон имеет одинаковое качество. К сожа- лению, в хозяйствах редко пользуются светонепроница- емыми занавесями, которые нужны для создания стро- гих условий облучения, требуемых фотопериодической реакцией растений, и соответствующего перепада темпе- ратуры воздуха, что могло бы повысить качество рас- сады. 180
В ГДР площадь с рассадой рекомендуют делить на три зоны, которые облучают по очереди: с 0 до 8 ч, с 8 до 16 ч и с 16 до 24 ч. По данным Рейнхольда (1966), лучшие результаты дает облучение огурцов, томатов и салата с 16 до 24 ч (табл. 43). Таблица 43 Влияние времени дополнительного облучения в течение суток на срок сбора и величину урожая овощей Время дополнительного облучения Огурцы Томаты первый сбор сбор на 30/VI, кг/м2 дата, когда сбор достиг 2 кг/м2 сбор на 30/VII, кг/м2 С 16 до 24 ч . . . . 5/III 16,0 16/VI 13,0 С 8 до 16 ч 7/111 14,0 22/VI 11,0 Без облучения 25/1II 13,0 6/VII 6,5 Примечание. Приведенные в таблице цифры приблизитель- ны, так как взяты из графиков. Основываясь на данных физиологических исследова- ний о высокой эффективности облучения переменной ин- тенсивности, в некоторых хозяйствах были сделаны со- ответствующие установки. Так, в челябинском совхозе «Тепличный» была сделана карусельная установка с лю- минесцентными лампами мощностью 40 и 80 Вт. Лампы укрепили на горизонтальных крыльях длиной 440 см, ко- торые вращались по кругу над грядками с рассадой. Общая мощность установки 3 кВт. На облученной пло- щади росло 6000 растений. Коэффициент затенения их не превышал 8%. Скорость вращения карусели 6 об/мин, интервал между моментами максимальной облученности каждого растения 5 с. Результаты, полученные за 3 года, весьма обнадеживают. При значительном сокращении затраты электроэнергии (почти в 10 раз) по сравнению со стационарными установками были получены урожаи огурцов, не уступающие вариантам е 8- и 12-часовым постоянным освещением рассады люминесцентными лам- пами. Наряду с люминесцентными лампами для дополни- тельного облучения рассады овощей можно рекомендо- вать лампы типа ДРЛФ. Благодаря большей мощности 181
и меньшему размеру они более эффективны в тепличных хозяйствах. Над 1—2 м2 полезной площади подвешивают обычно одну лампу ДРЛ или ДРЛФ мощностью 400 Вт. Это упрощает монтаж установки и уменьшает затенение растений. Еще меньше затенение растений будет при подвешивании ламп типа ДРЛФ в движущейся системе. Передвигать лампы ДРЛ вполне возможно по имею- щимся проектам передвижения ламп накаливания с вне- сением в них необходимых изменений. В небольшом по размерам тепличном производстве можно отказаться от системы механизированного передвижения ламп, заме- нив ее подвешиванием ламп на кольцах на натянутых над стеллажами тросах или проволоках. Тогда для вы- ращивания равномерных растений лампы можно изред- ка (один раз в несколько дней) перемещать на некоторое расстояние вперед или назад. В колхозе «Ленинский путь» Москворецкого района Московской области рассаду огурцов сорта Клинские выращивали под лампами ДРЛ, смонтированными в пе- редвижной установке. При первом сборе 28 февраля на 1 апреля с 1 м2 полезной площади теплицы было снято 16,4 кг огурцов. В следующем году первые огурцы полу- чили 27 февраля, а первые томаты — 15 апреля. Колхоз им. Дзержинского Ждановского района г. Москвы также использовал в теплицах передвижную установку из ламп ДРЛ (рис. 56). В разводочных теплицах совхоза им. М. Горького для выращивания огуречной рассады в период с декабря по февраль применяются (помимо люминесцентных) облу- чатели ОТ-400 как стационарно, так и в передвижной системе. В последнем случае каждую половину теплицы облучают по 12 ч в сутки. Облучатели этого типа успеш- но используются в совхозах «Марфино», «Белая дача» и др. При удельной мощности порядка 370 Вт/м2 расса- да огурца готова через 25—27 дней, а отдельных гибри- дов даже через 20—25 дней. Лампы типа ДРЛФ получили теперь признание во многих странах для выращивания рассады в теплицах. Видимо, в ближайшие годы эти лампы благодаря малым размерам и относительной простоте обращения с ними будут постепенно вытеснять люминесцентные лампы, что уже наблюдается во многих крупных хозяйствах. Перспективный источник искусственного облучения растений — ксеноновые лампы. Успешное выращивание 182
растений под этими лампами в камерах без естествен- ного излучения позволяет предположить, что они будут еще эффективнее как источник дополнительного облуче- ния овощных растений в теплицах зимой. Пока наиболее широко применяются лампы типа ДКСТВ-6000. Эксперименты в производственных усло- виях показывают, что по срокам выращивания, разме- Рис. 56. Выращивание рассады огурцов под движущимися лампами ДРЛ в колхозе им. Дзержинского (Московская область) рам и образованию репродуктивных органов молодые растения, выращенные под ксеноновыми лампами, вполне соответствуют требованиям, предъявляемым к стандартной тепличной рассаде. Результаты показали также, что в теплице для выращивания рассады овощей ксеноновые лампы мощностью 6 кВт можно размещать на расстоянии 6—7 м между их осями и 3 м между тор- цами одна от другой. Таким образом, каждая лампа мо- жет обеспечить необходимую освещенность на площади около 20 м2, т. е. заменить соответственно 20 ламп ДРЛФ-400 или около 150 люминесцентных ламп типа ЛД-40. 183
Материалы многочисленных orttifoB ЙОзВОЛИЛЙ О. С. Фанталову (1963) сравнить различные современ- ные источники излучения при эксплуатации их в тепли- це (табл. 44). Расчеты показали, что использование ламп ДКСТВ-6000 имеет следующие преимущества: — во много раз сокращается число ламп; — значительно сокращаются расходы цветного ме- талла; — на 40% уменьшаются затраты электроэнергии на единицу продукции; — снижается затенение растений облучательной уста- новкой; — значительно улучшаются условия агротехническо- го ухода за растениями, позволяющие без перемещения ламп свободно приближаться к растениям для полива, подкормки, опыления и т. д.; — отпадает необходимость ежегодного демонтажа весной и монтажа ламп осенью; — появляется возможность по мере надобности без специальных приготовлений дополнительно облучать плодоносящие растения в пасмурные дни (апрель, май). Эти лампы дают возможность создать систему облу- чателей, вписывающихся в конструкцию теплиц,- и до- стичь полной, надежной автоматизации управления до- полнительным облучением растений. Исследования, про- веденные в ТСХА, позволили определить основные усло- вия эффективного применения ксеноновых ламп с водя- ным охлаждением в производственных теплицах. Приме- нительно к этим условиям во ВНИСИ была разработана специально для теплиц промышленная конструкция и изготовлены опытные облучатели для ламп с водяным охлаждением. В совхозе «Тепличный» (Москва) осуществили пер- вый опыт производственного использования ксеноновых ламп (Латышев, Леман, Фанталов, 1967). Рассада огур- цов и томатов облучалась установками двух типов: стан- дартными рамами с люминесцентными лампами и ксе- ноновыми облучателями конструкции ВНИСИ (рис. 57). В конце года проростки рассады огурцов сорта Клин- ские были высажены в питательные кубики в стеллаж- ной теплице. Рассада облучалась с 20 декабря в течение 20 дней по 12 ч ежедневно. Под ксеноновыми лампами растения сначала сильно вытягивались и развитие листь- ев отставало. Растения достигали 15—20 см высоты, 184
« Й к хо й Сравнение искусственных источников излучения по эксплуатационным показателям в установках для облучения растений в теплицах Потреб- • ность в принули- тельном ох- S S й D 2 a X * А Есть Рекомен- nv^iuaa мощность с учетом по- терь в бал- ластах, Вт/м2 430 1 480 535 300 Число ламп на 100 м2 006 L э 001 ' 5-6 Применение с наи- большей эффектив- ностью с г К f- и Э ( > V 11 К1 О L U 11 и ны (в движе- \ s' S Универсаль- коэффи- циент мощности установки 0,55 0,55 0,60 00*1 Потери мощности । в балласт- ном уст- и с э 20-25 20-25 5-7 о Потреб- ность в бал- ластном устройстве X £ А А Нет коэффи- циент зате- нения уста- новки 1,000 1 nnn 0,210 0,013 Потреб- ность уда- ления облу- чателя от поетаи и а при агро- техниче- ском уходе X £ А Не всег- да Нет Тип ламп г» «Sn'inTrtnav । > ъ i a. X Ес 5 a a x 5 2 S t: лампы разных марок мощностью 40 Вт тт люминесцентные лампы разных марок мощностью 80 Вт 1 1 Г с г a э S з •о □и и 1 Ксеноновые лампы ДКСТВ-6000 185
имея 4—5 бледно-зеленых листьев, в то время как под люминесцентными лампами они были в 1,5—2 раза ниже (10—12 см) и несли по 6—7 темно-зеленых листьев. На постоянное место в трехзвенную теплицу было одновре- менно высажено около 2000 растений огурцов, выращен- ных под ксеноновыми лампами, и около 4000, выращен- ных под люминесцентными, — контроль; 9 марта было собрано с опытных в среднем по 0,40, а с контрольных — по 0,12 кг плодов с грядки. Преимущество первых по урожаю сохранялось на протяжении еще нескольких сборов, а затем, начиная с 8 апреля, урожаи выровня- Рис. 57. Ксеноновые лампы в теплице совхоза «Тепличный» лись и составили соответственно — 32,24 и 31,98 кг с грядки за сезон. В пересчете на единицу площади за сезон в среднем было собрано по 22 кг/м2. После выращивания рассады огурцов ксеноновые об- лучатели были смонтированы в другой теплице, где в пе- риод с 20 января по 19 февраля ими облучали рассаду томатов. В отличие от рассады огурцов опытные расте- ния томатов формировались лучше, чем контрольные, выращиваемые под люминесцентными лампами. На всем протяжении периода облучения они опережали конт- рольные по росту и развитию. Средняя высота контроль- ной рассады была 17,5, а опытной — 26,1 см. Среднее 186
йисло листьев - соответственно 8,0 и 8,5; растений с бу- тонами — 12 и 50%. Пересаженные затем в гидропонную теплицу опытные и контрольные растения томатов выращивали на двух средах: на чисто керамзитовой и на керамзито-гравий- ной. В обоих случаях применяли питательный раствор В. А. Чеснокова. Опережение в развитии опытных расте- ний сохранилось и при плодоношении. Первые плоды с них были сняты 10 мая, а с контрольных — только 24 мая. Средний урожай за вегетационный период с одной гряд- ки у опытных и контрольных растений томатов составил: под лампами ЛЛ 46 кг, под лампами КС 56 кг. Приведенные данные четко показывают, что даже кратковременное облучение ксеноновыми лампами (в рассадный период) оказывает сильное физиологическое последействие на взрослые растения. Испытания в совхозе «Тепличный» подтвердили це- лесообразность использования ксеноновых ламп в круп- ном тепличном хозяйстве для выращивания рассады. Технико-экономическое сравнение обоих вариантов об- лучения рассады показало, что капитальные затраты на оборудование теплиц установками с ксеноновыми на 40% меньше, а годовые эксплуатационные расходы на 25% ниже, чем на оборудование с люминесцентными лампами. В настоящее время уже есть установки, где успешно работают групповые поджигатели для 15 ксеноновых ламп мощностью 6 кВт каждая и групповые охлажда- ющие устройства (Норильский тепличный комбинат). Обратимся теперь к светокультуре рассады основ- ных тепличных растений. Томаты. В Подмосковье семена для выращивания ранней рассады томатов высевают в конце декабря или начале января. Рассада томатов очень требовательна к лучистой энергии. Продолжительность дополнительного облучения должна быть порядка 12 ч в сутки, с тем что- бы общая длина светлого периода не превышала 16— 18 ч. При более продолжительном облучении томаты болеют и снижают урожай. Особенно плохо на них дей- ствует круглосуточное облучение. Облученность расте- ний должна быть не менее 20—25 Вт/м2 при удельной электрической мощности облучательной установки 300— 400 Вт/м2. Особое внимание необходимо обратить на температурный режим. До появления всходов темпера- 187
тура в теплице должна быть круглосуточно 20—23° С. В это время дополнительного облучения не требуется. После появления всходов растениям надо сразу дать дополнительное облучение. После образования первого листа температуру воздуха в теплице понижают до И— 12° С днем и 8—10° С ночью. Такой режим следует под- держивать в течение 3—4 дней. В последующие 4 -5 дней температуру воздуха в зоне облучаемых растений нуж- но постепенно повышать до 17—18° С днем и 13° С ночью. Все остальное время, пока рассада растет при допол- Рис. 58. Выращивание томатов под ксеноновыми лампами нительном облучении, температура воздуха должна быть 23—25° С днем и 16° С — ночью. Если источником излучения служат люминесцентные лампы, то соблюдение необходимого режима температу- ры не составляет большого труда. Через 30—35 дней после всходов (сорт Лучший из всех) под этими лампа- ми вырастают невысокие (12—15 см) крепкие растения с толстыми, окрашенными антоцианом стеблями и с 9— 10 крупными темно-зелеными листьями (рис. 58). Пер- вая кисть закладывается после появления 7—8-го листа и к концу выращивания рассады образует зеленые или даже раскрывающиеся бутоны. Значительно труднее выращивать рассаду томатов под лампами накаливания. В силу неизбежного перегре- IS8
ва воздуха поддержать нужный температурный режим в первые дни после всходов почти не удается. Растения сильно вытягиваются (25—30 см), стебли вырастают тон- кие, а листья имеют светло-зеленую окраску (рис. 59). Первая кисть закладывается после появления 9—11-го листа. Наблюдается растрескивание стеблей. Рис. 59. Двадцатидневная рассада томатов в декабре: 1 — выращенная под люминесцентными лампами; 2 — под лампами нака- ливания Рассада, совсем не получившая дополнительного об- лучения, значительно отстает в развитии: через 30 дней после всходов растения имеют всего по 4—5 мелких листьев и высоту 5—8 см. На выращивание рассады то- матов в теплицах зимой при естественном облучении ухо- дит 50—60 дней, что приводит (в нашем климате) к большим затратам на отопление теплицы, а первая кисть закладывается значительно позже. Исследования, проведенные на Рижском тепличном комбинате, показали, что кратковременное ультрафиоле- 189
товое облучение оказывает сильное действие па расте- ния. Если это длинноволновое излучение (365 нм), они растут значительно быстрее контрольных, не облучав- шихся, а если коротковолновое (265 нм), наоборот, зна- чительно отстают (рис. 60). Для выращивания рассады в теплицах при искусст- венном облучении рекомендуются следующие сорта то- матов: Московский осенний, Грибовский А-50, Ижор- ский, Ленинградский осенний, гибриды ТСХА, Пушкин- ский, Ревермун и др. Рис. 60. Одновозрастная рассада томатов после прекращения курса дополнительного облучения: 1 — при дополнительном действии длинноволнового ультрафиолетового излуче- ния, 2 — контрольные растения, 3 — при дополнительном действии коротковол- нового ультрафиолетового излучения Рассада томатов, выращенная под лампами типа ДРЛФ, ДКСТВ-6000 и другими газоразрядными лампа- ми, вполне соответствует выращенной в теплицах в ап- реле— мае. Огурцы. Как показали многочисленные опыты и прак- тика тепличных хозяйств, рассада огурцов успешно ра- стет и под люминесцентными лампами, и под лампами ДРЛФ, и под ксеноновыми с теплофильтрами (Марфин- ский, Московский тепличный, Алмаатинский, ТСХА-211, Первенец, Спору и др.). 190
Интенсивность физиологически активной облученно- сти должна быть не менее 20—25 Вт/м2, а продолжи- тельность искусственного облучения такой, чтобы вместе с естественным освещением светлый период суток со- ставлял 12—14 ч. В течение ряда лет применяется следующий пример- ный температурный режим для выращивания ранней рас- сады огурцов: днем, когда хорошо светит солнце или включены лампы, в зоне растений необходимо поддер- живать температуру воздуха 24—26° С при относитель- ной влажности его 85—90%. Ночью температуру сни- жают до 16—18° С. При таких условиях рассада огур- Рис. 61. Двадцатидневная рассада огурцов Клинские: 1 — выращенная под люминесцентными лампами, 2 — под лампами накаливания нов примерно через 15- 20 дней образует третий на- стоящий лист. Затем рассаду пересаживают в обычную теплицу на стеллажи или в грунт. Рассаду огурцов сор- та Марфинский часто выращивают с середины января до начала февраля и получают первые огурцы в сере- дине февраля — начале марта. Общий урожай плодов за 5,5 месяцев (с середины марта по август) может до- стичь 50 кг с 1 м2 полезной площади. При облучении рассады огурцов лампами накалива- ния результаты значительно хуже (рис. 61). Растения сильно тянутся, листья бледнеют и подсыхают. В отдель- ных случаях сухой воздух способствует распростране- нию паутинного клеща. В настоящее время дополнительное облучение рас- сады огурцов люминесцентными лампами или лампами 191
ДРЛФ получило очень широкое распространение в теп- лицах совхозов и колхозов средней зоны СССР и в ряде хозяйств европейских стран (Польша, ГДР, ФРГ, Гол- ландия, Англия и др.). Облучаемая по 12 ч в сутки рассада огурцов готова для высадки на постоянное место через 20—25 дней пос- ле всходов вместо 40—45 дней при выращивании без до- полнительного облучения. Так, в совхозе им. М. Горького (Московская область) после облучения огуречной рас- сады лампами ДРЛФ-400 получили следующие урожаи (табл. 45). Таблица 45 Сроки поступления урожая огурцов из зимних теплиц в 1973 г. (кг/м2) Месяцы Сорт ТСХА-211 (нор- ма нагрузки на масте- ра-тепличннцу 1000 м2). Срок посад- ки с 19.1 по 31.1—73 г. Сорт ТСХА-211 (нор- ма нагрузки на ма- стера- тепличницу 660 м2). Срок посад- ки с 10.1 по 8.11—73 г. Сорт Мариинский с нагрузкой на мастера : 660 м2. Срок посадки с 31/XI 1-72 по 4/1—73 г. Прибавка урожая с 1 ма в теплицах с по- вышенной нагрузкой Общая площадь, занятая с повышенной нагрузкой: Февраль Март Апрель Май Июнь 22 000 М2 4,13 5,31 6,35 7,14 35 000 м2 3,16 4,60 5,08 5,41 9 000 м2 3,06 4,И 4,74 5,64 4-1,07 4-1,20 4-1,64 Итого на 1/VII . ... 22,93 18,25 17,55 4-5,38 Июль Август 4,78 1,50 3,78 1,92 3,72 1,51 4-1,06 —0,01 И т • г о на 1/IX .... 29,21 23,95 22,78 4-6,43 Однако если понизить установленную мощность об- лучателей, то срок выращивания рассады значительно увеличится независимо от источника дополнительного облучения. В качестве примера ниже (табл. 46, 47, 48) приводятся результаты, полученные Д. О. Леблан 6 эд- 192
спериментальной работе, проводившейся в зимне-весен- ний период 1971—1972 гг. и зимний период 1972—1973 гг. в блочной теплице совхоза-комбината «Московский». Там изучали возможность применения для облучения рассады и культуры огурцов и томатов двух типов ламп: дуговых ртутных типа ХЛРГ-400 и ламп типа ЛОР-1000 (ДРФ-1000). Таблица 46 Показатели качества рассады огурцов (гибрид F,, Спору), выращенных под разными источниками дополнительного облучения, через 38 дней Источник облучения Установленная мощность, Вт/м2 Показатели качества рассады высота расте- ний, см толщина стеб- ля, мм количество листьев площадь листьев, см2 Сухой вес, г надземной части Корней общий ХЛРГ-400 . . . . 160 16,3 6,4 7,2 354,9 1,625 0,103 1,728 ЛОР-ЮОО . . . . 160 30,0 6,5 7,5 453,7 2,180 0,150 2,330 Вытягивание рассады и более быстрый рост ее под лампой ЛОР способствуют нарушению пропорций меж- ду надземной и корневой зонами. Рассада под лампой ХЛРГ-400 (аналог ДРЛФ-400) более компактна, с утолщенным стеблем и короткими междоузлиями. При высадке такая рассада предпочти- тельнее, так как ее легче транспортировать, высаживать, она не увядает после высадки и быстрее приживается. Плодоношение растений, огурцов и томатов, выра- щенных из рассады, которая получала излучение от лю- минесцентных ламп, начинается на 15—20 дней раньше, а урожай плодов будет на 30—40% выше, чем урожай растений, не получавших искусственного облучения. Кроме огурцов и томатов, которые в настоящее вре- мя являются основными тепличными культурами в СССР, искусственное облучение используют для уско- ренного выращивания ряда других овощных культур. Цветная капуста. Рассада цветной капусты очень требовательна к спектральному составу излучения и ве- личине облученности. Для ранней высадки в парники по- сев р теплцце проводят обычно только в феврале, за 193
Таблица 47 Показатели качества рассады томатов (гибрид F,, Ревермун), выращенных под разными источниками дополнительного облучения через 45 дней Источник облучения Установленная мощность, Вт/м2 Показатели качества рассады 1 высота расте- ния, см толщина стеб- ля, мм О м О И CJ О т л к ь Ч О с к « ч площадь листьев, см2 Сухой вес, г надземной части корней б й общий ! 1 ХЛРГ-400 . . . . ЛОР-1000 . . . . 160 160 35,6 42,2 9,5 9,5 10,5 10,5 1753,5 1840,6 4,47 6,57 0,36 0,34 4,83 6,91 Таблица 48 Урожай культуры огурца и томата при дополнительном искусственном облучении рассады разными источниками Источник облучения Установ- ленная мощность, Вт/м2 Томаты, кг/м2 Огурцы, кг/м2 по 1.V1I до 25.Х ло 15.VI ло 1.XI ХРЛГ-400 . . . ЛОР-ЮОО . 160 160 10,0 10,2 16,3 16,6 19,2 19,4 34,4 33,8 45—50 дней до высадки на постоянное место. До всхо- дов температуру воздуха в теплице поддерживают около 20° С; после всходов ее сразу снижают до 6—8° С и дер- жат на таком уровне 3—5 дней, после чего постепенно повышают до 15—17° С днем и 12—13° С ночью. При более высокой температуре рассада сильно вытягивается. Применяя люминесцентные лампы типа ЛД, можно вырастить рассаду цветной капусты значительно рань- ше-— в декабре — январе, с тем чтобы растения, образо- вавшие 5—6 листьев, высадить на постоянное место в конце февраля — начале марта. К этому времени усло- вия естественного облучения в парниках и теплицах значительно улучшаются и растениям не требуется до- бавочное облучение. В парниках Овощной опытной станции ТСХА выра- щивают цветную капусту сорта Скороспелка из 25-днев- ной рассады, полученной при различных условиях облу- чения. Растения под люминесцентными лампами (при 194
удельной мощности установки 330 Вт/м ) дали самый ранний урожаи и самые большие головки (табл. 49, рис. 62). Таблица 49 Влияние дополнительного облучения рассады на сроки созревания и урожай цветной капусты Источник облучения рассады Срок созревания Диаметр головки, см Средний вес головки, г Люминесцентные лампы 25/V 16—18 450 Лампы накаливания 28/V 14—16 330 Естественное облучение 12/VI 13—15 315 В тех же условиях успешно выращивают рассаду обычной кочанной капусты. Лучшие растения вырастают под люминесцентными лампами. Хорошие результаты получаются при выращивании под люминесцентными лампами рассады перца и бакла- жанов. Первый сбор плодов начинается через 50—52 дня Рис. 62. Цветная капуста, выращенная из рассады, при дополнитель- ном облучении: 1 — люминесцентными лампами, 2 — лампами накаливания, 3 — без дополни- тельного облучения после высадки рассады на постоянное место (примерно в середине февраля). Общий урожай за сезон составля- ет (в зависимости от сорта): перца-—от 3 до 5 кг/м2, баклажана-—от 7 до 10 кг/м2 (Латышев, 1967). Приведенные выше материалы дают полную уверен- ность в рациональности применения искусственного об- 195
лучения при выращивании рассады овощей. Ее высокие качества обеспечивают получение первого урожая на 15—20 дней раньше, чем при выращивании без допол- нительного облучения. При этом общий урожай за сезон увеличивается на 25—30%, а себестоимость при облуче- нии рассады люминесцентными лампами или ДРЛФсни- жается на 15—20%. Затраты на осветительные установ- ки окупаются за один год. Еще большие перспективы открывает в будущем широкое применение ксеноновых и металлогалоидных ламп. ВЫРАЩИВАНИЕ ОВОЩЕЙ И ЯГОД ЗИМОЙ Выращивание овощей зимой в теплицах — важная проблема интенсификации овощеводства закрытого грун- та и рационального использования теплиц в течение все- го года. При естественном облучении овощи в теплицах зимой растут очень медленно. Так, по данным В. М. Маркова (1966), салат, посеянный 5 января, через 84 дня, т. е. в конце марта, дал урожай всего 1,4 кг/м2. При более поздних сроках посева урожай постепенно возрастал: при посеве 1 февраля через 65 дней он достиг 1,5 кг; 20 февраля через 45 дней—1,8 кг и, наконец, при по- севе 20 апреля через 28 дней оп достиг 2 кг/м2. С наступ- лением осени урожаи опять стали уменьшаться, а про- должительность выращивания увеличиваться. При по- севе 1 августа через 36 дней был получен урожай 1,2 кг, а при посеве 1 сентября через 65 дней — 0,4 кг/м2. По- этому (поставленную задачу можно решить только при искусственном облучении растений. Попытки получить свежие овощи среди зимы нача- лись давно — еще в первой четверти XX в. Однако ре- альными они стали только с использованием в теплицах газоразрядных ламп (ЛЛ, ДРЛ, КС и др.), которые позволили создать нужный для растений режим облуче- ния. Агротехника овощных культур в теплицах зимой с применением искусственного облучения почти такая же, как и в весенние (март—апрель) месяцы. Надо строго следить за режимами температуры и влажности воздуха, а также обеспечивать корневое и воздушное питание ра- стений. Только в этом случае применение дополнитель- ного облучения будет достаточно эффективным. 196
Огурцы. Наибольшее распространение в наших теп- лицах имеют огурцы. В средней полосе СССР без допол- нительного облучения промышленная культура зимой не- рентабельна. В настоящее время многие совхозы и кол- хозы уже применяют дополнительное облучение зимой и получают неплохие урожаи. Например, в подмосков- ном хозяйстве «Липки» много лет выращивают теплич- ные огурцы на плодоношение, используя для облучения растений лампы ДРЛ. С начала января по 1 апреля с каждого квадратного метра полезной площади теплицы собирают около 15 кг огурцов. Примерный режим дополнительного облучения пло- доносящих растений огурцов в теплицах средней полосы зимой следующий: продолжительность облучения 60—70 дней, по 12—14 ч в сутки, удельная мощность установок 500—700 Вт/м2. Величину дополнительной облученности в процессе выращивания культуры изменяют, согласуй ее с временем года и естественной облученностью. В совхозах фирмы «Весна» (Москва) рассаду для светокультуры выращивают с 20—25 сентября. Сорт, позволяющий получить зимой огурцы при искусственном облучении, — Марфинский. Подготовку почвы для выра- щивания рассады, обработку семян, пикировку, форми- рование рассады проводят обычным способом, харак- терным для этого сорта. Особенность в выращивании рассады осенью заключается в следующем: в первые две недели, когда еще достаточно естественного света, рас- саду можно выращивать без облучения. Спустя две не- дели, т. е. в первой декаде октября, естественного света недостаточно и рассаду необходимо облучать по 6—8 ч в сутки лампами дневного света мощностью 200—- 250 Вт/м2. Срок выращивания рассады 25 дней. Для получения огурцов к 1 января время посадки должно быть не позднее 15—20 октября. Сажать надо редко, из расчета 1,5—2 растения на 1 м2. Разреженная посадка позволяет растениям более продуктивно использовать искусственное облучение. Подвязку и формирование растений проводят обычно, на основании агротехнических требований для сорта Марфинский. Облучали растения по 12 ч электроустановкой мощ- ностью 600—700 Вт/м2, положение ламп в теплице сме- няли в 12 и 24 ч. Подкормку огурцов, выращиваемых при искусственном облучении, проводить нежелательно, 197
Достаточно основной заправки грунта перед посадкой для получения 1—1,5 кг огурцов в месяц. В 1972 г. совхоз «Норильский» вырастил в зимнее время огурцы под ксеноновыми лампами ДКСТВ-6000. Удельная мощность ламп—1,2 кВт/м2 (рис. 63), осве- щенность— 18—20 клк. За 66 дней вегетации в условиях полярной ночи урожай огурцов составил 9 кг на 1 м2 инвентарной площади. Трехлетний опыт по выращиванию огурцов (совмест- но с Институтом сельского хозяйства Крайнего Севера) Рис. 63. Дополнительное облучение лампами ДКСТВ-6000 культуры огурцов (Норильский теплично-парниковый комбинат) показал полную возможность и экономическую целесо- образность их культуры под лампами ДКСТВ-6000. На 10-ю пятилетку планируется увеличить площадь с круг- логодовым выращиванием овощей. Томаты. Несколько месяцев в году в теплицах сред- ней полосы СССР не получают свежих томатов. Послед- ние зрелые плоды снимают в конце декабря, а первые весенние—-в начале мая. Ликвидировать этот «мертвый сезон» можно только с помощью искусственного облуче- ния. После выращивания рассады при искусственном об- 198
лучении растения томатов высаживают на постоянное место. Многолетний опыт Лаборатории искусственного климата ТСХА показал, что лучшее формирование куста и наибольший урожай достигается при искусственном облучении растений газоразрядными лампами (люминес- центными, ДРЛФ или ксеноновыми). Продолжительность светлого периода в сутки, вклю- чая дневной свет, должна быть не более 16 ч. Как уже упоминалось, при непрерывном облучении у томатов разрушается хлорофилл, отмирают листья, усыхают верхушки и опадают бутоны и завязи. Предполагают, что эти явления вызываются совместным действием круг- лосуточного облучения и высокой (23—25° С) темпера- туры. При круглосуточном облучении тормозится распад крахмала на простые сахара, а это замедляет скорость оттока углеводов из листьев к точкам роста и плодам. Снижение температуры воздуха в ночные часы (напри- мер, с 11 ч вечера до 7 ч утра) уменьшает неблагоприят- ное действие круглосуточного облучения. Облученность плодоносящих томатов необходимо под- держивать на высоком уровне — не менее 8—10 клк в си- стеме световых единиц, что достигается при удельной мощности люминесцентных ламп 600—700 Вт/м2. Темпе- ратура воздуха в зоне листьев должна быть 23—25° С днем и 15—18° С ночью, относительная влажность — не менее 50—60 % • Нарушение -температурного режима (температура днем ниже или ночью выше) значительно задерживает цветение, вызывает осыпание бутонов и за- вязей и снижает урожай. Соблюдая рекомендуемые ус- ловия облучения и температурного режима при посеве семян в начале октября, можно иметь плодоносящие кусты томатов (сорт Лучший из всех) с конца января. При культуре томатов в три кисти и облучении их люминесцентными лампами высота растений не превы- шает 50—60 см (рис. 64). С одного растения можно снять по 10—12 плодов средним весом по 75 г. При таком ре- жиме облучения томаты этого сорта формируются ком- пактными и каждое растение занимает относительно не- большую площадь. Изменяя сроки посева и применяя искусственное облучение растений, можно регулировать периоды пло- доношения и снимать зрелые плоды начиная с декабря и до конца апреля. К этому времени в средней полосе 199
СССР созревают первые плоды на растениях обычного январского посева. Те же сорта томатов, выращиваемые при тех же сро- ках посева и условиях внешней среды под лампами на- каливания, ведут себя совершенно иначе. В этом случае формируются очень высокие растения (свыше 90 см) с длинными междоузлиями и тонкими стеблями. Листья у Рис. 64. Томаты Лучший из всех, выращенные под горизон- тальными рамами с люминесцентными лампами (февраль) них недоразвитые, бледно-зеленые и, как правило, с мно- гочисленными ожогами. Такие растения начинают пло- доносить на две недели раньше, но урожай у них по сравнению с растениями, освещаемыми люминесцентны- ми лампами, в 3—4 раза меньше (150—200 г с куста или около 2 кг/м2). Вследствие значительного перегрева верхних листьев у этих растений нарушается снабжение их водой, что вызывает заболевание плодов вершинной гнилью. Несколько лучший результат получают, распо- лагая лампы’ накаливания не над растениями, а сбоку, когда основной лучистый поток попадает на средние, физиологически наиболее активные листья. При таком 200
Способе облучения кусты формируются ниже и плотнее1, практически отсутствуют ожоги листьев. Однако урожай также невысок. Примерный режим дополнительного облучения лам- пами накаливания плодоносящих растений томатов в теплице зимой следующий: продолжительность облуче- ния 70—100 дней, по 14—16 ч в сутки при удельной мощ- ности ламп порядка 600—700 Вт/м2. В последние годы в некоторых тепличных хозяйствах стали выращивать томаты зимой, используя лампы ДРЛ и ДРЛФ. Весьма эффективны ксеноновые лампы на юге, в Крымской области, где они применяются для увеличе- ния урожая среди зимы (установочная мощность поряд- ка 600 Вт/м2), и на Крайнем Севере (Норильский теп- личный комбинат), где они в разгар полярной ночи пол- ностью заменяют солнце. Фасоль. Фасоль очень чувствительна к уровню облу- ченности, поэтому ее сеют в теплицах не раньше второй половины февраля. С применением искусственного об- лучения фасоль можно выращивать в теплицах в тече- ние всей зимы. До всходов температуру воздуха круглые сутки поддерживают около 25° С. После появления всхо- дов первые 4—5 дней температуру снижают до 15—16° С днем и 10—12° С ночью, а затем при ясной погоде или при облучении лампами температуру днем поддержива- ют на уровне 23—25° С, а ночью до 15—16° С. Наилуч- шая влажность воздуха для фасоли 65—75%. В теплицах фасоль культивируют только до того вре- мени, когда величина зерен в стручках достигнет раз- мера пшеничного зерна. Для выращивания в теплицах при искусственном облучении можно рекомендовать следующие сорта: Сакса без волокна, Латвия 800, Се- верная звезда. Первый сбор стручков можно начинать через 30—40 дней после посева в зависимости от условий выращивания. Перечисленные сорта фасоли хорошо ра- стут и цветут при 14—16-часовом периоде облучения и облученности около 26 Вт/м2 (6—7 клк). Фасоль очень сильно реагирует на спектральный со- став лучистой энергии. Применение люминесцентных ламп способствует выращиванию невысоких (35—40 см) растений с короткими междоузлиями, крепким толстым стеблем и 5—6 крупными настоящими листьями темно- зеленого цвета. Полностью сохраняется кустовая форма, присущая этим сортам, при культуре их летом. На 1 м2 201
1 2 3 Рис. 65. Фасоль Сакса без волокна в возрасте 25 дней, выра- щенная в декабре: / — без дополнительного облучения, 2 — при дополнительном облучении лю- минесцентными лампами, 3 — лампами накаливания можно разместить 15—20 кустов и получить урожай бо- бов от 0,5 до 1 кг. Хорошо растет фасоль под лампами ДРЛ и ксеноно- выми. При облучении фасоли лампами накаливания, неоновыми или ртутными внешний вид растений резко меняется. Растения вырастают высокими (до 100 см). Без опорных колышков стебли таких растений сначала сгибаются, а затем ломаются и падают. Растения обра- зуют небольшие по размерам бобы, число которых в 2 раза меньше, чем при облучении люминесцентными лам- 202
Рис. 66. Салат Московский парниковый (двадцатидневный), выращенный в декабре: 1 — без облучения, 2 — при дополнительном облучении люминесцентны- ми лампами, 3 — лампами накаливания пами. Без дополнительного облучения растения фасоли в период с октября по февраль растут очень плохо. У них слабый стебелек с 2—3 маленькими листьями (рис. 65). Салат. Салат очень требователен к спектральному составу излучения, поэтому в период с ноября по январь в теплицах он не растет. Применение ламп накаливания не дает желаемого эффекта, так как из-за недостатка в их спектре коротковолновых излучений салат не фор- мирует розетки, а образует узкие длинные листья, раз- деленные большими междоузлиями (рис. 66), и быстро переходит к цветению. Салат хорошо формируется при облучении люминес- центными лампами (250—300 Вт/м2) при температуре воздуха 18—20° С. Через 35—40 дней после всходов он образует крупные розетки из морщинистых листьев или кочны, которые по внешнему виду, вкусу и содержанию витамина С не отличаются от выращенных в светлое время года. Урожай достигает 2,5—3,0 кг с 1 м2 полезной площади. Необходимо учитывать небольшой размер са- лата в высоту и располагать лампы так, чтобы рассто- яние от листьев до ламп не превышало 5—10 см. 203
Рис. 67. Редис Сакса (тридцатидневный), выращенный в декабре: I — при дополнительном облучении люминесцентными лампами, 2 — лампами накаливания, 3 — без облучения Хорошо растет салат под лампами ДРЛФ. Редис. Растения редиса также очень чувствительны к спектральному составу излучения. При выращивании их под лампами накаливания вместо круглого корне- плода вырастает вытянутый и вскоре образуется стрел- ка. Кроме того, избыточное ПК-излучение этих ламп за- трудняет поддержание температуры, нужной редису для образования корнеплодов (17—18° С днем и 8—-10° С ночью). Зимой из-за малой естественной облученности без искусственного облучения корнеплод у редиса не форми- руется и, образовав 3—4 небольших настоящих листа, растения погибают. Облучая растения в теплицах люминесцентными лам- пами (300 Вт/м2) по 16 ч в сутки, можно через 25—30 дней после посева получить нормальные по форме, раз- меру и цвету корнеплоды. Урожай составляет 2—3 кг с 1 м2 полезной площади (рис. 67). Очень хорошо корне- плод редиса формируется под ксеноновыми лампами (Ничипорович, 1966). 204
Земляника. Земляника относится к тем травянистым растениям, которые под влиянием короткого дня перехо- дят в период покоя независимо от температуры воздуха. Поэтому, чтобы получить зимой ягоды, необходимо пос- ле короткого периода покоя, проходящего при понижен- ных температурах, поместить растения в теплицу с до- полнительным облучением. Для культивирования ягод в течение зимы пригодны люминесцентные лампы или лампы ДРЛФ (300— 500 Вт/м2), при этом необходимо строгое соблюдение температурного режима. Одна из важнейших задач овощеводства защищенно- го грунта — полное использование тепличных сооруже- ний в течение года. До настоящего времени теплицы средней полосы эксплуатируются недостаточно интен- сивно. В них выращивается очень ограниченный ассор- тимент овощей: огурцы, томаты и лук на перо. В редких случаях добавляют салат, салатную капусту, редис. К тому же, основная продукция поступает в продажу либо весной, либо осенью. По данным Г. Д. Губарь (1974), в теплицах Латвийской ССР в течение 4 меся- цев отсутствуют томаты и в течение 3 месяцев — огурцы. Кроме того, в течение еще 2 месяцев (в ноябре и марте) урожай этих культур меньше 1 % от общегодовой про- дукции. Опыт ряда стран показывает, что ассортимент зим- них овощей можно значительно расширить. Так, по дан- ным Виссиа (R. Vissia, 1973), в Нидерландах зимой из закрытого грунта на рынок поступает достаточно боль- шая доля общегодового их производства (приложение 3), что, конечно, повышает рентабельность теплиц. К сожалению, несмотря на полную биологическую и техническую возможность получения зимой свежих ово- щей, ряд месяцев они отсутствуют. Картину мало меняет завоз из южных районов, так как многие культуры плохо переносят длительную транспортировку (огурцы, салат, редис). Выращивать же овощи или ягоды зимой при ис- кусственном облучении пока не всегда целесообразно из-за большой затраты электроэнергии. Приведенные выше примеры и рекомендации не аб- солютны, так как в каждом конкретном случае приме- нения искусственного облучения могут быть свои осо- бенности. Один из дискуссионных вопросов — рекомен- 205
дуемая удельная мощность ламп. В СССР (например, в Подмосковье) при выращивании рассады овощей она в среднем составляет 300 Вт/м2. Близкие величины при- меняются в Англии (Canham, 1966) или ГДР (Rein- holt, 1966). Зато меньшие мощности рекомендуют гол- ландские авторы —от 80 до 160 и от 100 до 200 Вт/м2 (Ван Вийк, 1968). Чем можно объяснить такую разницу? Прежде всего следует учесть, что Нидерланды (51—52° с. ш., что при- мерно соответствует положению Курска) расположены несколько южнее Москвы (56° с. ш.). Д. О. Лёбл (1968) составил следующую таблицу (табл. 50) числа часов солнечного сияния по данным В. И. Эдельштейна (1962) и «Справочника для овоще- вода», изданного в Нидерландах. Место VII VIII IX X XI XII Москва ... . . 238,0 201,0 134,0 83,4 31,1 18,3 Нидерланды 202,0 191,0 146,0 101,0 49,0 40,0 Из данных табл. 50 видно, что в самые темные ме- сяцы года (декабрь, январь) число часов солнечного сияния в Москве почти вдвое меньше, чем в Нидерлан- дах. При этом надо учесть, что и длина дня в Нидерлан- дах несколько больше, чем в Москве. По данным В. В. Шаронова (1945), при различии пунктов по широ- те на 5° разница в астрономической длине дня составля- ет в среднем в декабре 57 мин, а в январе — 45 мин. Не последнюю роль играют конструктивные особенности теп- 206
лиц, размер и, главное, чистота стекол, что также сйльйО влияет на условия естественного облучения в теплице. Наконец, важное значение имеет культивирование тене- выносливых высокоурожайных сортов, созданных спе- циально для защищенного грунта. Перед селекционера- ми возникает задача создания сортов, чутко реагирую- щих не только на величину облученности, но и на спек- тральный состав излучения. С другой стороны, важнейшая задача промышленной светокультуры — создание рационального источника для облучения растений в крупных теплицах. Как было ука- зано выше, основой для него могут быть ксеноновые и металлогалоидные лампы. Большинство рекомендуемых выше режимов допол- нительного облучения овощной рассады в теплицах (затраты электроэнергии на 1 м2 полезной площади, уро- вень облученности и продолжительность облучения в ча- сах) относится к пунктам, расположенным в зоне 50— 60° с. ш. (Москва, Минск, Ленинград, Рига и др.). В районах, расположенных севернее, потребуется боль- шая затрата электроэнергии, так как там ряд месяцев растения практически выращивают без естественного об- лучения. Наоборот, чем южнее находятся теплицы, тем меньше затраты электроэнергии, так как уменьшается количество ламп на 1 м2 и число часов дополнительного облучения (табл. 51). Таблица 51 Примерная суточная продолжительность дополнительного облучения в теплицах люминесцентными лампами (ч) Декабрь Октябрь и февраль Климатическая зона Ноябрь и январь Первая полов и - на марта и вторая полови- на сентября Северная (Архан- гельск) . . . . 14 Центральная (Москва) . . ..11 Южная (Донецк) . 8 16 12 10 12 9 б 14 II 8 10 7 3 207
Выгднкл и выращиВаниё ЦВЕТОЧНЫХ КУЛЬТУР В течение нескольких зимних месяцев во многих го* родах практически нет цветущих растений, так как по- ступление осенних горшечных культур в магазины за- канчивается в ноябре, а весенние цветы достигают пол- ной готовности только в марте или апреле. Исключение составляет бледная вытянутая примула и некоторые лу* ковичные невысокого качества. Короткий зимний день и низкая естественная облу- ченность вызывают неправильное формирование цветоч- ных растений, блеклую окраску лепестков и отсутствие аромата. В зимние месяцы многочисленные теплицы цветоч- ных хозяйств в средней и северной зонах СССР либо стоят пустыми, либо заполнены малоценной продукцией. Чтобы обеспечить круглогодичное, бесперебойное выра- щивание цветов, надо применять дополнительное облу- чение растений. Выгонка цветов зимой. Дополнительное облучение позволяет культивировать высококачественные цветущие растения в любое время года. Срок получения готовой продукции определяется временем посева и скороспело- стью сорта. Выгонку растений целесообразно проводить с начала фазы бутонизации. Поэтому такие культуры, как левкой или цинерария, надо сеять в конце марта — начале апреля. Еще лучше проводить сев в несколько сроков. При выгонке необходимо учитывать биологиче- ские особенности растений и их требовательность к внешним условиям. Затраты электроэнергии при выгонке уже сформиро- ванных (предыдущим летом и осенью) растений значи- тельно меньше, чем при выращивании их из семян. Для культивирования большинства цветочных культур впол- не достаточно удельной мощности облучательной уста- новки порядка 200—300 Вт/м2. При выгонке цветов зи- мой хороший эффект дают люминесцентные, ДРЛ и ксе- ноновые лампы. Левкой, цинерария и гортензия уже че- рез месяц-полтора после начала дополнительного облу- чения образуют крупные, хорошо окрашенные цветы, при этом сохраняется правильная форма куста. Кусты зим- него левкоя сорта Белая Дама, взятые из холодных (6—8° С) оранжерей во второй половине ноября, были 208
лампами накаливания
поставлены под различные лампы (рис. 68) при темпе- ратуре днем 12—14° С, а ночью 8° С. Через месяц, в кон- це декабря, они все зацвели. Крупные махровые белые цветки обладали приятным сильным ароматом. Цветение продолжалось до конца марта. К этому времени в теп- лице начали цвести растения, не получавшие искусст- венного облучения. Хорошо отзываются на облучение сорта Белая Дама, Елизавета, Астрнда. У растений, находившихся такой же срок под лампа- ми накаливания, сильно вытянулись стебли и цветоно- сы, количество цветков оказалось меньше и они были расположены менее плотно, чем при облучении люминес- центными лампами. Гортензия (сорт Голиаф), постав- ленная одновременно с левкоем, но в более теплую теп- лицу (днем 23, ночью 15° С), начала цвести несколько позже — в середине января. У растений, стоявших под люминесцентными лампами, розовые соцветия были крупнее и имели до 145 отдельных цветков. У растений, облучаемых лампами накаливания, число цветков в со- цветиях было в два раза меньше. Без дополнительного облучения растения к этому времени образовали только зеленые бутоны (рис. 69). Цинерария формирует хорошие цветки при темпера- туре 10—12° С. Если понизить установленную мощность ламп, то соответственно увеличится срок выгонки; на- пример, при 120 Вт/м2 (лампы ДРЛ) цветущие растения левкоя появятся через 2 месяца. При дополнительном облучении успешно идет выгон- ка роз и гвоздики с учетом, конечно, их фотопериодиче- ской реакции (розы и гвоздика относятся к длинноднев- ным или нейтральным растениям, т. е. им необходима длительность облучения порядка 14—16 ч в сутки) и тем- пературного режима как днем, так и ночью (для роз 21—24° С днем и 12—15° С ночью; для гвоздики 10— 12° С днем и 6—8° С ночью). Продолжительность дополнительного облучения опре- деляется временем года (см. гл. III). Для нормального роста и образования бутонов и цветков облученность гвоздики должна быть не ниже 15—20 Вт/м2; это дости- гается как под люминесцентными лампами типа ЛДЦ-40 или ЛБР-40 (удельная мощность 360—400 Вт/м2), так и под лампами ДРЛ (180—250 Вт/м2). Гвоздика сорта Вильям Сим (майского укоренения) после 2—3 недель облучения дает первые бутоны и образует новые побеги 210
Рис. 69. Гортензия Голиаф, выращенная в теплице зимой (январь): 1 — без облучения, 2 — после дополнительного облучения люминесцентными лампами. 3 — лампами накаливания 2, 3 и 4-го порядка. Первое цветение наступает в начале февраля, т. е. на 40 дней раньше, чем у необлучаемых растений. При таком же режиме облучения можно иметь цве- тущие розы с августа по май. Особенно эффектна в зимние месяцы узамбарская фиалка, получающая дополнительное облучение от люми- несцентных ламп или ламп типа ДРЛ с удельной мощ- ностью 50—100 Вт/м2, обеспечивающей облученность по- рядка 40 Вт/м2 по 12—16 ч в сутки. К сожалению, наши цветоводы уделяют мало внима- (ия перечисленным культурам. В то же время эти расте- ния во многих странах очень ценятся и имеют зимой хо- роший сбыт. В СССР они попадают в небольшом коли- честве из Болгарии, Нидерландов и других стран. При зимней выгонке хорошо реагируют на дополни- тельное облучение люминесцентными лампами (100 Вт/м2) тюльпаны, нарциссы и гиацинты (Ван дер 8* 211
Вин, Мейер, 1962). Из луковичных наиболее требова- тельны к свету гладиолусы. Чтобы получить правильно сформированные и хорошо окрашенные цветки, освещен- ность растений должна быть не менее 5 клк при 16-ча- совой продолжительности облучения. Очень хорошие ре- зультаты получил А. В. Карманенко, выращивая зимой гладиолусы под ксеноновыми лампами (ДКСТВ-6000): при декабрьской высадке клубней в зависимости от сор-_ та растения цвели через 60—80 дней. Выращивание цветов зимой. Искусственное облучение применяют иногда и для выращивания так называемых летников в зимние месяцы. При дополнительном облуче- нии культура летников возможна на любой географи- ческой широте. Особенно хорошо растут и цветут анюти- ны глазки, бархатцы, львиный зев, маргаритки и многие другие. Все эти культуры успешно вырастают из семян под лампами люминесцентными или ДРЛ при удельной мощности 200—300 Вт/м2 и продолжительности облуче- ния 12—14 ч в сутки. При соблюдении принятой для каждой культуры агротехники продолжительность веге- тационного периода зимой мало отличается от обычной. Так, под люминесцентными лампами были выращены из семян летнего сбора цветущие васильки (посев 14 декабря); цветение началось со 2 февраля (рис. 70). Аспидистра, аспарагус, бегония, кактусы, ноготки, цикламены, флоксы, плющ, традесканция и другие куль- туры хорошо растут в комнате под лампами мощностью 100—200 Вт при ежедневном облучении по 5—10 ч. Многие декоративные культуры можно выращивать совсем без естественного облучения в закрытых поме- щениях. Но тогда удельную мощность люминесцентных ламп необходимо увеличить до 400—500 Вт/м2 при про- должительности облучения растений 16—18 ч в сутки. Ассортимент таких культур очень разнообразен: аукуба, бегония, колокольчик, колеус, кринум, фуксия, шпажник, китайская роза, лобелия, пейреския, рейнекия, камне- ломка, паслен, полевица и др. Дополнительное облучение цветочных и декоратив- ных растений в оранжереях дает особенно сильный эф- фект в сочетании с подкормкой углекислотой, концент- рацию которой в воздухе доводят до 0,3% два раза в сутки. Изменение спектрального состава излучения часто сказывается не только на внешнем виде растений, но и 212
па их аромате. Наиболее тонким и сильным ароматом обладают цветки (левкой) или листья (базилик евге- нольный) растений, выращенных под люминесцентными лампами (ЛД). Полученные нами результаты и литературные данные четко показывают, что для выгонки цветочных растений Рис. 70. Василек полевой, выращенный зимой (февраль) в теп- лице при дополнительном облучении: 1 — люминесцентными лампами, 2 — лампами накаливания зимой лучшими источниками искусственного освещения в производственных условиях служат люминесцентные лампы, лампы ДРЛФ и, видимо, ксеноновые и металлога- лоидные. При облучении этими лампами сохраняется форма куста, цветков, окраска и аромат, присущие дан- ной культуре или сорту, т. е. эти типы ламп позволяют получить цветы с высокими декоративными качествами и значительно повысить рентабельность теплиц цветоч- ных комбинатов. 213
УСКОРЕННОЕ ВЫРАЩИВАНИЕ СЕЯНЦЕВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ Реакция древесных растений на действие оптического облучения значительно отличается от реакции овощных или цветочных растений. Влияние величины облученности В отличие от однолетних растений древесные сеянцы хорошо растут при небольшой величине облученности. В литературе по физиологии растений (Иванов, 1938, 1946; Максимов, 1958) неоднократно обсуждался вопрос о том, какой долей от полной естественной облученности могут удовлетвориться древесные растения для своего нормального существования. Если освещенность в ясный летний полдень в сред- них широтах на открытом месте принять за 100 клк, то минимальная потребность отдельных растений в излуче- нии выразится следующими величинами: Лиственница—1/5 полной освещенности, около 20,0 клк Береза — 1/7—1/9 » » » 11,0—14,0 » Сосна — 1/9—1/11 Дуб - 1/26 » » » ?> » » 9,0—11,0 4,0— 5,0 » » Ель — 1/28—1/33 » » » 3,0— 3,5 » Клен — 1/55 » » » 1,8 » Бук — 1/70—1/80 » » » 1,3— 1,7 » Самшит — 1/100 » » » 1,0 » Если же учесть, что всходы и сеянцы почти всех дре- весных растений отличаются значительно большей тене- выносливостью, чем взрослые деревья, то можно допу- стить, что их требования к уровню искусственной облу- ченности будут невелики. Малая потребность сеянцев в облученности вполне понятна: в природных условиях они обычно растут в наиболее затененных местах леса и за- крыты от прямого солнечного излучения травами, ку- старником и взрослыми деревьями. Так, Ширли (1929) наблюдал, что под покровом леса освещенность колеблется от 0,1 до 10% полной солнеч- 214
ной. Он сделал вывод, что для хорошего роста сеянцев в высоту с достаточным диаметром стволика, а также для образования нормального количества сухого веще- ства освещенность должна быть не менее 2% полной солнечной, кроме того, не менее часа в сутки освещен- ность растений должна быть около 30% полной сол- нечной. По данным А. В. Савиной (1949), в лесу на уровне почвы освещенность составляет около 3—5%, наблюдаемой на открытом месте, а на высоте 1—1,5 м — около 5—7%. Эти данные подтверждаются результатами много- численных опытов с выращиванием сеянцев древесных растений в камерах исключительно при электрическом облучении. По данным В. П. Мальчевского (1946), Н. А. Максимова и В. М. Лемана (1946), В. М. Лемана (1948, 1955), Уоринга (Wareing, 1956) и других авторов, сеянцы дуба, березы, липы, клена, ясеня, ореха, боярыш- ника, желтой акации, яблони, вишни, пузырника, ракит- ника, бересклета, ели и многих других растений сред- них широт хорошо растут под лампами накаливания при освещенности 2—4 клк (около 12—20 Вт/м2). Дальней- шее увеличение освещенности сеянцев дуба до 4,5 клк (27 Вт/м2) не оказывает существенного влияния на их рост. Лишь лиственнице и сосне, как считает В. П. Маль- чевский (1946), необходима освещенность 5—6 клк (30 Вт/м2). Для выращивания сеянцев дуба только под лампами накаливания величина облученности может быть от 9 до 18 Вт/м2 или 1,5—3,0 клк. Таблица 52 Влияние уровня облученности на основные показатели размеров сеянцев дуба Удельная мощность лампы на- каливания, Вт/м1 Примерная облучен- ность, Вт/м2 Высота, см Число приростов Диаметр стволика, мм Ч исло листьев Диаметр листьев, м м длина ширина 500 27 37 3,5 5,4 14,5 89 41 300 17 38 3,8 4,7 13,5 88 40 100 7 37 3,5 4,0 13,0 90 45 60 3 25 2,0 3,8 8,5 84 44 40 2 25 2,0 2,8 8,0 59 28 215
Из данных табл. 52 видно, что по высоте, диаметру стволика, числу приростов, числу и размеру листьев отличия между растениями, выращенными при удельной мощности установки с лампами накаливания в 500, 300 и 100 Вт/м2, очень незначительны. При выращивании древесных сеянцев зимой в тепли- це или летом в открытом грунте дополнительная искус- ственная облученность может быть значительно ниже. Выращивая летом под Москвой в открытом грунте сеянцы дуба, березы, сирени, липы, голубой ели, шипов- ника, сибирского кедра и других пород, можно убедиться, что при дополнительном облучении ночью они растут гораздо лучше. Зимой 1950—1951 гг. в теплицах лаборатории искус- ственного климата Сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева успешно культивировали однолет- ние сеянцы дуба, сирени, голубой ели, березы, чая, эв- калипта, лимона и инжира. Дополнительная облучен- ность выращиваемых растений колебалась от 6 до 18 Вт/м2 (1000—3000 лк). У сеянцев всех пород наблю- дался значительный прирост. Растения, дополнительно не облучавшиеся, частично сбросили листья и вступили в состояние покоя. Эти данные показывают, что для об- лучения сеянцев, растущих в теплице или открытом грунте, вполне достаточна облученность порядка 6— 9 Вт/м2 (1000—1500 лк). Влияние спектрального состава излучения. Влияние спектрального состава излучения на сеянцы древесных пород изучено очень мало. Большинство исследований проводилось под лампами накаливания. Действие неоновых ламп (удельная мощность 200 Вт/м2) изучал В. П. Мальчевский, который отметил, что их излучение (по 4 ч в сутки) способствует усилен- ному образованию боковых побегов и увеличению пла- стинки листа у березы и хвои у ели. Б. С. Мошков срав- нивал поведение сеянцев лимонов под люминесцентными (удельная мощность 360 Вт/м2) и 6-ваттными автомо- бильными лампочками накаливания (удельная мощность 1200 Вт/м2). За 6 месяцев культуры под люминесцент- ными лампами сеянцы достигли 51 см высоты, а за 9 месяцев облучения лампами накаливания — 95 см. Сред- немесячный прирост был почти одинаковым. Автор на- ходит, что под люминесцентными лампами лучше растут ива, виноград и черная смородина. В опытах М. X. Чай- 216
Рис. 71. Однолетние сеянцы березы бородавчатой, выращенные зи- мой в теплице: / — при естественном облучении, 2 — под лампами накаливания и 3 — под лю- минесцентными лахяна и Т. В. Некрасовой дополнительное облучение люминесцентными лампами вызвало более сильный рост сеянцев апельсина и лимона, чем облучение лампами на- каливания при одинаковой облученности. Исследования, проведенные зимой в теплице ТСХА, показали, что сеянцы древесных пород (дуб, береза, ли- ственница, лимон, инжир, сосна и др.), как и однолетние растения (фасоль, томаты, пшеница и др.), под люми- несцентными лампами типа ДС имеют более темную окраску листьев, меньшую высоту, большую толщину стволика, большее количество боковых побегов, ветвей и листьев, чем те же растения под лампами накаливания (табл. 53, рис. 71, 72). У сеянцев лимона наблюдалось увеличение побегов первого порядка и появление на первом году жизни по- бегов второго порядка, чего не было ни у контрольных растений, ни у растений, облучаемых лампами накали- вания. 217
Рис. 72. Однолетние сеянцы лиственницы сибирской, выращенные зимой в теплице: 1 — при естественном облучении, 2 — под люминесцентными лампами, 3 — лампами накаливания Как видно из данных табл. 53, особенно отзывчивы на излучение различных типов ламп однолетние расте- ния инжира. Уже через три месяца после начала облу- чения отдельные группы растений инжира, стоявшие в теплице и получавшие дополнительное облучение раз- личного качества, отличаются друг от друга. Растения контрольной группы имеют небольшую высоту (15 см) и 10 крупных зеленых листьев овально-яйцевидной фор- мы. Экземпляры, облучаемые лампами накаливания, имеют по 12 листьев такой же формы и такие же раз- меры, но желто-зеленой окраски. По высоте они вдвое превышают контроль (30 см). Растения, получавшие до- полнительное облучение от люминесцентных ламп, зани- мают по высоте промежуточное положение (23 см). Каждое растение последней группы имеет по 17 круп- ных темно-зеленых листьев рассеченно-лопастной формы, характерной для взрослых растений инжира (рис. 73). Листья такой формы появляются только после облуче- ния растений люминесцентными лампами. 218
Влияние дополнительного облучения различными источниками на рост сеянцев древесных пород (облучение с 1 января по I апреля) хвнвээи^я xaBcfeotf* со см см см Р БИНВНИ1Т со сО 1 см 3 -вявн ним bit со и - - о» Р HUH BIT ЭНН см >20 1 s -хнэпээникоит »—< СП 1 »—< S Ч1ГО(ЦНОИ ю 1 1 го g ВИНВЯИ1Т Го 3 -ВЯВН Him BIT >—< со о »—< <и -1 “ НИИВ1Г ЭНН g -хнэпээнииоит см .—1 см *—< »—ч х qirodxHOH 1 >—< >—н »—< ВИНВНН1Т •’f СО С0 - вявн ник bit со СП ю СМ со »—ч t—< ° g ник bit анн -хнэлэаниионт о 3 <ит<и1хноя со 1 хГ С''- •ч см LQ со ИИНВЯИ1Т о СМ >20 g -ВЯВН НИИ BIT со см Ю О'! й g нпи bit анн СО О О |> ° -лнаПэанииои/ "хГ о со —1 « X 5 «игойхнэл 1 1 СП 120 *—* КИНЕЯИ1Т о со см -ВЯВН НИИ BIT СО ю со сз НИИ BIT ЭНН см ОО СО СО о -хнапээнииоит >—< НО СО СМ о чгтс бхноя СП СП 120 1 =s сз А л СЗ м о о овень m ю СО Г1 - О о ш . S R GX. * с2 о • к \О s о X о и <и 0б1 и к аз in “ s' хо Ф • Ь й • еГ S с? К г. С( W к ч я S н о 1 Число приростов. 219
Рис. 73. Однолетние сеянцы инжира, выращенные в теплице зимой: 7 — без облучения, 2 — при дополнительном облучении люминесцентными лампами, 3 — лампами накаливания Рассмотренные примеры свидетельствуют о том, что сеянцы древесных растений реагируют на изменение спектрального состава излучения не менее чутко, чем однолетние растения. Влияние продолжительности облучения в течение суток Наиболее сильное действие на рост сеянцев древес- ных растений оказывает продолжительность светлого пе- риода суток. Если отношение большинства однолетних растений к длине дня изучено довольно хорошо, то это- го нельзя сказать о древесных и кустарниковых расте- ниях. Считается, что большинство растений средней и се- верной полосы СССР положительно реагирует на удли- нение дня. Сеянцы дуба, березы, липы, клена, ясеня, шиповника, пузырника, ракитника, сибирского кедра, ели, сосны, лиственницы и многих других пород при не- прерывном облучении растут значительно быстрее, чем при 16-, 12- и тем более 10- или 9-часовом дне (Маль- чевский, 1946; Максимов, Леман, 1946; Леман, 1948, и др.). Только в отношёнии сосны (Wareing, 1950) и си- рени (Леман, 1955) известно, что они лучше растут при 20-часовом дне и даже, по данным Нюренберга (Nuern- bergk, 1961), при 12-часовом дне. 220
Сеянцы растений южного происхождения неодинако- во реагируют на продолжительность дня. Па коротком дне (10—12 ч) быстрее растут сеянцы финиковой паль- мы и лимона, хинное дерево, некоторые эвкалипты и секвойя. Почти одинаково на длинном и коротком дне растут сеянцы какао, сосны южной и пирамидального кипариса. В то же время сеянцы конского каштана и туи западной, персика, хурмы и апельсина, кизила, мин- даля и лавра быстрее растут на длинном дне (16 ч) или при непрерывном облучении, создаваемом лампами на- каливания. Особенно подробно изучена фотопериодическая ре- акция у дуба (Леман, 1948, 1955; Lavarenne-Allary, 1966; и др.). В естественных условиях под Москвой сеянцы дуба обыкновенного растут в высоту очень недолго — 1 - 1,5 месяца в году. За это время они достигают 12—15 см высоты, после чего начинается увеличение диаметра ствола и накопление запасных пластических веществ (Крамер и Козловский, 1963). С наступлением холодов растения вступают в период покоя, который продолжает- ся до следующей весны. У сеянцев дуба, находившихся при 12-часовом облу- чении лампами накаливания, период роста в высоту ока- зался очень коротким. В этих условиях они перестают расти вверх через 15—20 дней после появления всходов. Высота их колеблется от 6 до 15 см. Верхушечная розет- ка состоит из 4—6 листьев и спящей почки коричнева- то-бурого цвета. В таком состоянии растения находятся более полугода. Только после этого срока отдельные экземпляры дают вторичный побег с новой листовой ро- зеткой. Совершенно иная картина наблюдается при культу- ре сеянцев дуба в условиях непрерывного облучения лам- пами накаливания. За несколько месяцев они достига- ют 1—1,5 м высоты. В течение многих месяцев у них ритмично чередуются периоды интенсивного роста в вы- соту и относительного покоя (рис. 74, 75). Продолжи- тельность периодов покоя обычно невелика — 7—10 дней, периодов роста несколько длиннее — 10—40 дней. Та- ким образом, общая продолжительность каждого цикла покой — рост колеблется от 17 до 50 дней. Описываемые циклы покой — рост у растений при непрерывном облучении отчасти соответствуют смене ве- 221
гетационных периодов и периодов покоя в естественных условиях. Но в условиях опыта эти циклы (вегетацион- ные периоды) сменяются во много раз быстрее, чем при естественной культуре; рост в высоту также идет быст- рее, чем в лесу. Отдельные растения проходят разное число циклов за одно и то же время пребывания их в условиях непрерывного облучения. Месяцы Рис. 74. Рост сеянцев дуба обыкновенного при не- прерывном облучении лампами накаливания За 10 месяцев непрерывной светокультуры растения дуба пройдут от 7 до 9 циклов. Высота, достигнутая ими за это время, колеблется от 105 до 160 см, т. е. прирост за каждый вегетационный период в среднем равен 15— 18 см. У большинства растений приросты идут с очень короткими перерывами один за другим, после чего на- ступает длительный период покоя, необходимый для 222
восстановления способно- сти растения к новому росту. В естественных усло- виях средних широт в те- чение лета у дуба иногда наблюдаются 2—3 перио- да роста, разделяемых пе- риодами временного (от- носительного) покоя. Пер- вый, весенний (майский), прирост происходит либо за счет желудя (у сеянца), либо за счет запасов пла- стических веществ, нако- пившихся в предыдущем: году (у взрослого расте-( ния). По окончании этого периода на месте точки роста образуется огрубев- шая коричневая почка. Второй, июньский, при- рост приводит к образова- нию «Иванова» побега. Он идет уже за счет продук- тов ассимиляции, посту- пивших из листьев в точки роста. Надо отметить, что время появления «Ивано- ва» побега совпадает с наибольшей продолжи- тельностью летнего дня (17—18 ч). После этого растения опять перестают расти и образуют верху- шечную почку. Наконец, если позволяют климати- ческие условия (когда день еще продолжителен), то в конце июля бывает третий прирост и образу- зуется так называемый «Ильин» побег- Этот по- бег может развиться и ок- Рис. 75. Сеянец дуба, который облучали непрерывно в тече- ние 6 месяцев лампами нака- ливания 223
репнуть только в южных лесах, где осень наступает по- зднее и ассимиляционная деятельность листьев продол- жительнее. Явление почти непрерывного скачкообразного роста наблюдается и у других древесных пород. Так, листвен- ница сибирская, росшая при.непрерывном облучении лам- пами накаливания более 900 дней, достигла 130 см вы- соты; у нее было 15 периодов активного роста, сменяв- шихся периодами относительного покоя. Растения все время были зелеными. Аналогично вели себя сеянцы березы. За 300 дней у них было отмечено 6 периодов роста с сохранением листьев. По данным Ван дер Вин и Мейера (1962), тополь непрерывно рос при кругло- суточном облучении почти год. В естественных условиях подобный рост древесных часто наблюдается на юге в горах (Турский, 1957). Ви- димо, высокая естественная облученность (более 150 клк) и большая доля длинноволнового ультрафиоле- тового излучения — 300—400 нм (Турский, Остапович, Соколов, 1961) вызывают у деревьев аналогичную реак- цию, несмотря на относительно малую продолжитель- ность светлого периода суток (14—15 ч). У многих деревьев и кустарников непрерывное облу- чение способствует не только ускорению роста, но и по- явлению признаков, присущих более взрослым растени- ям, т. е. ускорению развития. Так, черная смородина и ива зацветают при непрерывном облучении в открытом грунте на первом году жизни, тогда как обычно цвете- ние у них наблюдается только на третий год. В опытах В. П. Мальчевского (1946) шиповник, растущий при не- прерывном облучении под лампами накаливания, дваж- ды цвел в первый год жизни. В природных условиях он цветет лишь на втором или третьем году жизни. Четырехмесячные сеянцы обыкновенной сосны и си- бирского кедра, выращенные в открытом грунте при ноч- ном облучении лампами накаливания, образуют пучко- вую хвою. У сосны через месяц после начала облучения образуется парная хвоя, а у кедра — пятерная. Оба типа хвои характерны для двулетних или даже трехлет- них растений, растущих в естественных условиях (рис. 76). Следовательно, некоторые древесные породы, так же как травянистые растения длинного дня, при непре- рывном облучении ускоряют свое развитие. Раноцвету- 224
щие растения (черная смородина, шиповник) зацветают на первом году жизни. У растений, зацветающих через много лет (сосна, кедр сибирский), органы, присущие более взрослым растениям, появляются через несколько месяцев. Фотопериодическое последействие у древесных растений Явление фотопериодического последействия до по- следнего времени изучалось главным образом на одно- летних или многолетних травянистых растениях. У дре- Рис. 76. Хвоя сеянцев сибирского кедра (Л) и обыкновенной сосны (Б), выращенных: / — без дополнительного облучения, 2 — с дополнительным облучением лампа- ми накаливания 3 Вт/м2, 3 — 6 Вт/м2 весных фотопериодическое последействие короткого дня большинством исследователей отмечалось лишь в пер- вый и иногда второй год жизни И. В. Мичурин (1932) и Н. А. Максимов (1933) вы- сказали предположение, что воздействие коротким днем 225
на молодые сеянцы должно сохраниться в течение мно- гих лет. Экспериментально это было подтверждено Е. Р. Гюббенет (1940), Ф. Л. Щепотьевым (1948) и дру- гими исследователями. Совершенно иная физиологическая реакция наблю- дается у древесных растений на длинный день или круг- лосуточное облучение. Впервые о последействии непре- рывного облучения на древесные растения сообщил В. П. Мальчевский (1946). Он заметил, что площадь поперечного разреза хвои у трехлетней ели, росшей пос- ле всходов в течение 5 месяцев при круглосуточном об- лучении лампами накаливания, была втрое больше, чем у обычных сеянцев ели такого же возраста. У березы наблюдалось раннее появление боковых побегов. Обе группы опытных растений значительно превышали по величине контроль. В 1949 г. И. Н. Никитин сообщил, что сеянцы дуба, росшие первые 5 месяцев жизни при непрерывном облучении лампами накаливания, а затем высаженные в открытый грунт, дали желуди на вось- мой год жизни. Хорошо известно, что под Ленинградом первое плодоношение у дубов наступает в возрасте 40— 80 лет. Последействие наблюдается и при ночном облучении сеянцев, растущих в открытом грунте. В наших опытах летом 1949 г. над всходами дуба, березы, клена, туи, липы, голубой ели и сирени в течение двух месяцев по ночам горели лампы накаливания (200 Вт/м2).В после- дующие годы облучения не было. Уже через три года растения значительно обогнали одновременно посеянные контрольные экземпляры. Высота трехлетних опытных сеянцев дуба достигла 141 см (контроль — 51 см), бе- резы — 152 (контроль — 37), клена — 120 (контроль — 40), туи — 110 (контроль — 42), липы — 136 (конт- роль — 60), голубой ели — 37 (контроль — 19), сире- ни — 90 см (контроль — 60 см) и т. д. Весьма четко последействие непрерывного облуче- ния проявляется у таких пород, как вяз, лох, ель бе- лая, лиственница, яблоня, шиповник и черная сморо- дина. В условиях Подмосковья дополнительное ночное об- лучение в открытом грунте надо прекращать в конце июля — начале августа. В противном случае продолжа- ющийся в условиях непрерывного дня усиленный рост задержит созревание верхушечных почек и растения не 226
успеют пройти период закалки осенью. У таких растений стебли и ветви, не закрытые снегом, обычно отмер- зают. Описанное явление последействия имеет исключи- тельно важное значение для практического использова- ния светокультуры сеянцев древесных пород. Подготов- ленный в течение зимы в теплицах посадочный мате- риал можно весной высаживать в открытый грунт, в школку или на постоянное место. За короткий срок мож- но вырастить крупномерный материал для озеленения городов, железных дорог, обсадки оврагов, балок и кру- тых склонов и подсадки в полезащитные полосы. В течение зимы на 1 м2 теплицы, облучаемом по но- чам небольшой (100—300 Вт) лампой накаливания, можно вырастить несколько сот сеянцев, соответствую- щих 3—4- и даже 5-летним деревцам в зависимости от породы и условий выращивания. Кроме того, метод све- токультуры может намного ускорить селекцию древесных пород. Желуди, собранные осенью, через 1—2 месяца выса- живают в горшки с землей. После появления всходов их непрерывно облучают лампами накаливания. В таких условиях сеянцы дуба (обыкновенного, каменного, проб- кового. бургундского и др.) дают в среднем один при- рост за 30—40 дней. Длина прироста 10—15 см. Каж- дый прирост заканчивается образованием очередной ро- зетки из 5—7 листьев. Между приростами, продолжаю- щимися 15—20 дней, дубки находятся в состоянии отно- сительного покоя (тоже 15—20 дней), когда на верхуш- ке сеянца образуется бурая почка. Листья при этом не опадают. Весной 1945 г. в открытый грунт на территории Сель- скохозяйственной академии им. К- А. Тимирязева были высажены сеянцы дуба обыкновенного. Перед высадкэй их непрерывно облучали лампами накаливания в течение 6—10 месяцев. С момента высадки никакого дополни- тельного воздействия на растения не было. Контрольные сеянцы, полученные из той же партии желудей, росли все время при естественной смене дня и ночи на том же участке. За 15 лет высота опытных дубков превысила 10 м при диаметре ствола у шейки 250—300 мм (рис. 77). Контрольные растения быстро отстали в росте и бы- ли заглушены опытными растениями. Хорошо известно, 227
что в Подмосковье средняя величина дубков такого воз- раста не превышает 5—6 м. Первые 2—3 года рост в высоту был очень неболь- шим. В это время усиленно рос корень, который перед высадкой свернулся в тугую спираль, что совсем не ха- рактерно для дубов. В следующие годы начался энер- Рис. 77. Пятнадцатилетние дубы, сеянцы которых были облучены после всходов 228
гичный рост в высоту надземной части, который про- должался более 12 лет. Первый урожай желудей опыт- ные дубы дали через 12 лет после их высадки в откры- тый грунт. Собранные в конце октября желуди были вы- сажены в вазоны с почвой. Молодые всходы росли при непрерывном облучении. Следующей весной их высадили в открытый грунт для наблюдения за их дальнейшим ростом и развитием в естественных условиях. Две после- дующие зимы, несмотря на морозы, достигавшие —30 °C, они перенесли без повреждений и достигли высоты свы- ше 1,5 м. Основываясь на вышеприведенных литературных и экспериментальных данных, можно считать установлен- ным следующее: 1. Требовательность сеянцев древесных растений к уровню облученности значительно ниже, чем у однолет- них полевых, овощных или цветочных растений. 2. Как и однолетние растения, древесные сильно реа- гируют на спектральный состав излучения. Наибольшее влияние оказывает белый, красный и оранжевый свет. 3. Особенно чутко сеянцы древесных растений реа- гируют на продолжительность облученности в течение суток. Большинство древесных растений положительно реагирует на длинный день и гем более на непрерывное облучение. 4. Подобно однолетним растениям у древесных на- блюдается явление фотопериодического последействия. Последействие длинного дня или непрерывного облуче- ния у растений средних и северных широт сказывается в усиленном росте в высоту в течение многих лет и в более раннем наступлении физиологической зрелости. Последняя проявляется в образовании у сеянцев хвой- ных органов, характерных для взрослых растений, и в сверхраннем плодоношении дуба и других растений. Благодаря последействию непрерывного облучения се- янцев древесных пород экономится ряд лет при выра- щивании крупномерного посадочного материала и. кро- ме того, оно может быть использовано при селекции древесных растений.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ ПРИМЕНЕНИЕ СВЕТОКУЛЬТУРЫ В СЕЛЕКЦИИ РАСТЕНИЙ Использование искусственных источников излучения для ускорения селекционного процесса началось еще в 20-х годах XX в. Однако до появления газоразрядных ламп, позволяющих создать режим облучения, близкий к естественному, селекционеры сравнительно редко поль- зовались искусственными источниками излучения. Вы- ращивание растений под лампами накаливания или ис- точниками с монохроматическим излучением сильно ис- кажает обычный ход физиологических фаз и отрица- тельно сказывается на последующих поколениях. Так, в опытах Н. А. Артемьева, выращивавшего огурцы в люминостатах под лампами накаливания, через три по- коления форма плодов стала грушевидной. Поэтому селекционеры пользовались лампами нака- ливания в основном только для увеличения длины дня. Выращивая злаки в теплицах, они успевали иногда по- лучить два поколения в год, используя для этого более благоприятные по освещенности месяцы — февраль, март, сентябрь и октябрь. Результаты опытов, показывающих преимущество люминесцентных ламп по сравнению с лампами накали- вания при выращивании зимой таких полевых культур, как пшеница и фасоль, даны в табл. 54, 55. Пшеница Лютесценс 62 взошла 28 декабря. Сразу после появле- ния всходов растения были поставлены между верти- кальными рамами с люминесцентными лампами. В од- ном случае удельная мощность была 300 Вт/м2, что соз- давало суммарную облученность 25—30 Вт/м2, или ос- вещенность 6—8 клк; в другом — 600 Вт/м2, т. е. 30— 35 Вт/м2, или 8—9 клк. Контролем служили растения, выращенные при естественном облучении. Кроме того, часть растений облучалась лампами накаливания с удельной мощностью 1200 Вт/м2, т. е. при облученности 230
50—60 Вт/м2, или освещенности 8—10 клк. Контрольные растения, не получившие дополнительного облучения, вскоре погибли, образовав несколько слабых бледно-зе- леных листьев. Таблица 54 Влияние дополнительного облучения на рост и урожай яровой пшеницы Лютесценс 62 (всходы 28 декабря) Показатели Лампы люминесцент- ные Лампы на- каливания 1200 Вт/м2 600 Вт/м2 300 Вт/м2 Число дней от всходов до начала: кущения 13 16 37 цветения . . . ... 65 70 48 уборки урожая .... 105 105 94 Высота растений, см . ... 63,6 62,0 48,3 Число листьев Высота заложения первого листа. 5,3 6,2 5,3 СМ . . 2,4 2,9 4,3 Сухой вес наземной массы, см . . 1,6 1,13 0,84 Длина колоса, см Число колосков: 7,22 6,10 4,96 всего, шт 16,2 15,7 13,0 в том числе недоразвитых, шт. 2,9 6,0 6,3 недоразвитых, % . .... 17,9 38,2 48,4 Число зерен 20,2 14,9 9,8 Вес зерен, г 0,67 0,43 0,24 Абсолютный вес зерен, г . . . . Отношение веса соломы к весу 33,2 29,0 24,8 черна .... .... 1,4 1,6 2,5 Под люминесцентными лампами выросли прямые крепкие, хорошо окрашенные растения. Сроки кущения и цветения у них мало отличались от сроков, наблюдае- мых у этой пшеницы в поле в Московской области. У растений под лампами накаливания кущение сильно запаздывало, а цветение началось слишком рано. Со- вмещение этих двух процессов по времени создало не- посильную нагрузку для растения, следствием чего был малый урожай. Под лампами накаливания рост и созревание окон- чились значительно раньше, чем под люминесцентными лампами, но количество надземной массы и собранного зерна было меньше. 231
Сухой вес растений, размер и плотность колоса, чис- ло продуктивных колосков, число, вес зерна и их абсо- лютный вес ( у исходного материала 29,6 г) — все эти показатели были выше у растений, выращенных под лю- минесцентными лампами. Подобные данные были получены и при выращива- нии ветвистой кахетинской пшеницы. Урожай зерен с одного растения, облученного люминесцентными лампа- ми, был 0,95 г, а лампами накаливания — 0,36 г: аб- солютный вес зерна у исходного материала — 32,0 г; под люминесцентными лампами — 45,1 г; под лампами накаливания — 35,0 г. Ветвление наблюдалось только под люминесцентными лампами. Семена пшеницы, вы- ращенной под люминесцентными лампами, были высея- ны в открытый грунт и дали 100%-ную всхожесть. Следует отметить, что мучнистая роса на растениях под люминесцентными лампами появилась значитель- но позднее и в меньшем количестве, чем под лампами накаливания. Не менее благоприятно действует излучение люми- несцентных ламп на растения фасоли. В наших опытах испытывались сорта Грибовской селекции: Латвия-800 и Сакса без волокна (всходы 14 октября). Результаты опыта представлены в табл. 55. Во всех вариантах ра- стения выращивали при одинаковой физиологически ак- тивной облученности — 30 Вт/м2. Однако только под лю- минесцентными лампами сохранилась прямостоячая фор- ма куста, присущая данному сорту, в остальных случаях фасоль приобрела вьющуюся форму. То же явление на- блюдалось и в опытах с сортом Латвия-800. Сроки наступления отдельных физиологических фаз под люминесцентными лампами более близки к наблю- даемым в природе, чем под лампами накаливания. На- пример, у сорта Латвия-800 цветение наступило1 через 31 день под люминесцентными лампами, через 23 дня под лампами накаливания и через 38 дней в поле. Уро- жай созрел через 97 дней под люминесцентными лампа- ми, через 62 дня под лампами накаливания, через 97 дней в поле: абсолютный вес зерна соответственно был 362, 245 и 330 г. Исследования последних лет, проведенные в камерах под ксеноновыми лампами, показали, что этот источник 1 При дополнительном физиологически активном излучении по- рядка 40 Вт/м2. 232
Таблица 55 Влияние спектрального состава излучения различных источников на рост фасоли Сакса без волокна Показатели Лампы Естественное облучение люминес- центные накалива- ния неоновые ртутные Высота растений, см . 46,5 98,3 78,5 70,2 58,4 Число листьев 5,3 5,2 4,8 3,8 3,4 Сырой вес листьев и стеблей, г 32,5 17,9 22,9 13,6 6,0 Воздушносухой вес листьев и стеблей, г 3,9 2,4 2,9 1,8 0,6 Длина подсемядольного колена, СМ 3,6 9,9 4,7 9,4 8,7 Длина первого междоузлия, см 3,5 10,5 6,8 8,7 8,8 Длина третьего междоузлия, см 3,5 14,2 11,2 12,6 11,0 Репродуктивных органов — все- ГО 16,0 6,0 13,0 7,4 1,0 в том числе: бутонов — шт. . 9,5 2,2 7,0 2,6 1,0 » % . . . . 60 3/ 55 35 100 цветков — шт 5,5 2,2 4,0 3,6 0 » % 34 37 30 48 0 завязей — шт. 1,0 1,6 2,0 1,2 0 » % 6 26 15 17 0 излучения может с еще большим успехом, чем люминес- центные лампы, использоваться селекционерами для по- лучения нескольких поколений в зимние месяцы. Выше (гл. VI) уже говорилось о получении плодо- носящих томатов, кукурузы, лука и других растений. В связи с созданием большого количества селекци- онных центров в последнее время селекционеры боль- шое внимание уделяют ускоренному размножению зла- ков, примером чего служат результаты, полученные в Институте физики СО АН СССР. Здесь в течение не- скольких лет успешно выращивают различные яровые злаки под ксеноновыми лампами с водяным охлажде- нием в установках УВР (ч. IV) с облученностью от 55 до НО Вт/м2. Гибридные растения яровой пшеницы и ярового ячменя первого и второго поколений нормаль- но растут и формируются при круглосуточном облуче- нии и освещенности около 15 клк. Семена первого гибридного поколения (Лисовский, 1972) достигают восковой спелости примерно через 50— 233
70 дней после всходов. Посеянные через 2—3 недели после уборки семена второго гибридного поколения до- стигли восковой спелости еще раньше: у пшеницы — через 55—65 дней, у ячменя — через 45—65 дней. Из табл. 56 видно, что вегетационный период (от всходов до восковой спелости) у всех размноженных гибридов пшеницы и ячменя не превышал 75 дней, а при некоторых режимах выращивания составил всего 45—55 дней. Высевавшийся вместе с гибридами конт- рольный сорт яровой пшеницы Скала, который вызре- вает в поле за 75—85 дней после всходов, при интен- сивных режимах светокультуры созревал за 52—55 дней. Все это позволяет в период с октября до апреля выра- стить первое, а затем и второе гибридные поколения яровых пшениц и ячменей. Из данных той же таблицы следует, что даже при очень коротком вегетационном периоде урожай семян гибридов пшеницы и ячменя в большинстве случаев не опускался ниже 350 г/м2, а при меньшем сокращении вегетационного периода превышал 1000 г/м2. Такой уро- жай обеспечивал получение во втором поколении от каждой гибридной комбинации у ячменей по 2—5 тыс., а у пшениц по 3—6 тыс. зерен третьего гибридного поко ления, которые вместе с остатками семян второго поко- ления (до 1—2 тыс. зерен) передавались селекционера- ми к началу полевых посевных работ. Вес 1000 зерен гибридов, выращенных в зимних ус- ловиях, можно считать вполне удовлетворительным (в таблице дан вес 1000несортированных зерен при 14% влажности). Полевая всхожесть при посеве семян второ- го поколения в условиях гидропоники составила у пшениц от 79 до 96% к числу высеянных зерен, а у ячменей — от 86 до 99%• Полученные семена высевали на поля Красноярского научно-исследовательского института сельского хозяйства и ряда опытных станций, где они были использованы для селекционного отбора. Исполь- зование ксеноновых ламп в зимнее время позволяет на несколько лет сократить срок выведения нового сорта. В трех установках УВР ежегодно выращивается око- ло 200 гибридных комбинаций пшеницы и ячменя в од- ном поколении и около 100 — в двух поколениях. Кро- ме того, исследования ведутся со льном, горохом, огур- цами и другими сельскохозяйственными культурами. Ю зерен, г 33-39 35-44 42-49 32-42 СО т—< со со стг ’ф 1 1 1 со о ь- СМ со ’ф 32-34 38-42 41-42 Вес ЮС S к СО 05 b- СО СО О СМ СО СО Я Ь"' Ь"1" CNCN г- —< о СМ ’Ф ст Т ' 1 1 СМ — —’ СМ т— 1—-1 Г-1 © Я 1 1 I | 1 1 1 1 1 1 S 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 S СТЮ со О5 ’Ф CM "Ф СО Ю со г- СО СМ СО Ю г-Ч —' tQ со со Ь- to о > -и ч——Л О) 05 S л о •£* Я ш •S СО СО СМ ФФЮ to г- Ь- fci —т со со СМ 05 т—' см см о ю ч- 1 CJ см о СО ’ф см со со СОСО ю К ° л м £ О Ь to со СО со со о см •о g “ g 1 OJ X b-" со со СО ю 140 to X 1 1 1 1 1 1 i 1 со q Н 1 1 1 1 1 1 1 8 ’Ф ё ° оо —' ’ФСМ coco О ООО СО ’Ф со »о »s к о д =? СТ со со О К X К СО со СО to см СО to см ТЮ о м ДНЬ ый 5 X к х к СТ4 сц Ч о । о к о X сх ° >-> о - X Д га га га « S ч сз S £ g s Ё ® СР s й £ § S ш X л S Л 5 £ га X (V а | а ? a s s a g S Сст ест с CTCT К СТ ст си S № о> ч о сч U- пГ [и о Е ст со СО СО со СО 05 to < - СО > 1 О S 1 ►—। 1 1 1 •—1 ст CD со со 1 я СО со 05 в X f—< й СО этом опыте растения были частично отравлены избытком нона AI, выделяющегося из многократно использованного перлита. 235 234
Исследования, проведенные в Лаборатории искусст- венного климата ТСХА, четко показали, что в условиях многостороннего облучения (гл. V) рассады томатов и огурцов (отдельно растения и ценозы) наблюдается рав- номерное формирование растений и большее накопление органического вещества, чем при одностороннем (пре- имущественно верхнем) облучении. Учитывая необходимость получения большого коли- чества равномерного (по размерам и фазам вегета- ции) материала при селекционных исследованиях, про- ведены аналогичные исследования с короткостебельной и карликовой пшеницей. Объектами исследования были пшенипы Верлд Сидз № 1812 (семена получены из ВИРа) и Канада СВ-151 (семена получены с селекци- онной станции ТСХА и своя репродукция). Растения выращивались методом гидропоники в не- подвижно закрепленных кюветах с раствором Кнопа, ко- торый каждые 4 ч автоматически орошал корневую си- стему растений в течение 9 мин. Раствор сменялся один раз в неделю. Источником излучения были ксеноновые лампы типа ДКСТВ-6000, направленные лучистые по- токи которых формировались и распределялись по ва- риантам в соответствии с выбранной схемой облучения с помощью корректирующих покрытий на стеклянных «рубашках» ламп. На облучаемой площади были созда- ны повариантно две схемы облучения с одним и двумя направленными потоками (табл. 57). Условия облуче- ния в каждом варианте выравнивались по освещенно- сти, создаваемой суммарным потоком на горизонталь- ной поверхности. Естественного облучения в камере не было. Таблица 57 Характеристика схем облучения № схемы облучения Распределение лучистого потока вокруг растений Величина сос- тавляющих по- токов, направ- ленных слева- сверху—справа (в % к резуль- тирующему потоку схемы) По одному направлению сверху . . . По двум направлениям — с противопо- ложных сторон под углом от 30 до 60° к го- ризонту ............................... 0—100-0 50-0—50 236
Рис. 78. Пшеница 1812. Типичные растения: 1 “В схеме облучения I, 2 — в схеме облучения II Продолжительность облучения 16 ч в сутки. Темпера- тура воздуха днем была 23, а ночью 15° С. Относитель- ная влажность воздуха колебалась в пределах 50—70%. Растения выращивались до полного созревания семян. В первом (рис. 78) (№ 1812) и во втором (СВ-151) опытах растения были посажены в строчку по 60 шт., а в третьем опыте (СВ-151) они составляли ценоз из 15 строчек по 30 растений в каждой. При учете урожая растения каждого варианта были разделены на три груп- пы: максимальные, минимальные и типичные. 237
Таблица 58 240 Характеристика условий облучения и средние значения биометрических показателей растений Условия облучения Группы растений в варианте опыта Кол-во растений в группе По растению По группе побегов со зрелым зерном схема об- лучения (вариант опыта) горизон- тальная ос- вещенность от резуль- тирующего потока, клк в вес нал земной части, г число побегов, шт. число побегов в % к общему кол-ву вес стеблей с колосьями, г длина побегов, см число зерен, шт. вес зерен, г озернеиноеть колосьев, % Вес зерна, % к весу побега 0 п ы т 1. Пшеница короткостебельная № 1812 I 10,0 Максимальных 4 14,6 6,2 76 11,6 76,9 138 5,95 72 51 Минимальных 7 3,1 2,7 41 1,8 61,6 21 0,81 54 45 Типичных 47 7,9 3,8 71 5,7 74,5 76 3,12 73 55 По варианту 58 7,6 3,8 71 5,6 73,1 72 3,03 71 54 II 10,0 Максимальных 4 34,6 14,2 61 22,2 78,2 290 12,76 77 57 Минимальных 7 6,2 4,4 48 3,4 71,8 33 1,62 74 48 Типичных 47 16,2 8,0 67 12,1 75,8 147 6,15 73 51 По варианту 58 16,7 7,9 66 11,8 75,5 143 6,05 73 51 О со X I 15,0 Максимальных Опыт 2. Пшеница карликовая СВ-151 44,2 1,57 83 63 5 2,89 2,4 83,2 2,48 31,6 S Минимальных 15 1,07 1,8 78,8 0,77 34,8 13,8 0,41 62 53 Типичных 38 1,70 2,1 79,3 1,26 30,5 23,6 0,76 70 60 По варианту 58 1,64 2,0 79,5 1,24 31,7 22,8 0,74 69 60 II 15,0 Максимальных 3 7,80 6,6 80,1 6,29 30,6 118,0 4,02 80 64 Минимальных 2 2,60 3,0 75,0 2,10 35,3 39,5 1,19 78 57 Типичных 52 4,42 4,0 73,1 3,42 32,1 62,3 2,11 79 62 По варианту 57 4,40 4,2 73,5 3,52 32,8 64,4 2,18 79 62
СВ-151 в ценозе также показали преимущество двусто- роннего освещения по числу продуктивных стеблей (в 1,5 раза) и более раннему наступлению восковой спело- сти (на 72-й день после всходов) ; растения с односторон- ним облучением задержались в развитии примерно на 8 дней. Отставание в развитии растений ценоза, облуча- емых только сверху, началось с 3-го листа, когда на 10-й день после всходов было отмечено его появление в I варианте только у 20% растений, в то время как при двустороннем облучении три листа были у 77% растений (табл. 59). Таблица 59 Динамика прохождения растениями пшеницы СВ-151 отдельных фаз развития Динамика, % Возраст растений, дни Фаза развития I вариант II вариант 10 Третий лист 20 77 14 Четвертый лист 35 98 17 Пятый лист 5 72 30 Выход в трубку 70 100 В дальнейшем отставание в развитии растений, облу- чаемых только сверху, также было весьма заметно: во время цветения — на 7 суток, в период молочной спело- сти — на 9 суток, в период восковой спелости — на 7 су- ток. Таким образом, у пшеницы наиболее четкий показа- тель условий облучения в системе мощных направленных лучистых потоков — число продуктивных стеблей и со- ответственно урожай семян. При равной горизонтальной облученности этот показатель значительно больше у ра- стений, получающих лучистую энергию с двух и более направлений, чем у растений, облучаемых потоком од- ного направления. При двустороннем облучении отмече- но, кроме того, более быстрое прохождение фенологиче- ских фаз и сокращение вегетационного периода. Реакция на распределение лучистых потоков отмече- на как у растений злаков в отдельно стоящих рядках, так и в ценозе. 242
Аналогичные данные были получены и у других куль; тур, выращиваемых при искусственном облучении. За один год можно получить 6 ротаций томатов, 8—9 гене- раций ячменя, 6 поколений салата, 4—5 поколений льна- долгунца, а также значительно увеличить коэффициент размножения семян, что особенно важно на первых эта- пах селекционной работы. Результаты, полученные при использовании свето- культуры, помогут селекционерам решать поставленные перед ними задачи по ускоренному выведению и внедре- нию в производство высокопродуктивных сортов и гиб- ридов различных сельскохозяйственных культур. 9*
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ ЭКОНОМИКА СВЕТОКУЛЬТУРЫ Применение искусственного облучения при выращива- нии ценных овощных культур — одно из средств интен- сификации тепличного производства. Дополнительные вложения в тепличное производство, связанные с приоб- ретением, монтажом и эксплуатацией облучающих уст- ройств, не только окупаются в короткий срок, но и повы- шают эффективность общих затрат в производстве ово- щей. Степень эффективности любого агротехнического при- ема в защищенном грунте оценивается следующими по- казателями: выходом продукции с 1 м2 полезной пло- щади в натуральном или денежном выражении; себесто- имостью единицы продукции; размером чистого дохода с 1 м2 полезной площади. Результат искусственного облучения наиболее четко отражается на таких показателях, как сокращение сро- ков выращивания рассады, ускорение начала плодоно- шения культуры, повышение урожайности и качества по- лучаемой продукции. При оценке эффективности искус- ственного облучения эти показатели сравнивают по об- щим затратам в производстве овощей без искусственного облучения и с применением его. Если применение искус- ственного облучения не изменяет размера основных рас- ходов в тепличном производстве, то технико-экономиче- ское сравнение вариантов облучательных установок меж- ду собой может проводиться только по дополнительным расходам. Обязательное условие в оценке экономической эффективности новых видов техники и соответствующих им капитальных затрат — соизмеримость полученного эффекта с произведенными затратами. Общие затраты в тепличном производстве слагают- ся из: основных расходов — на содержание сооруже- ний и оборудования, на топливо, воду, электроэнергию, 244
стоимость агротехнических мероприятий, оплату труда, определяющих стоимость эксплуатации 1 м2 полезной площади теплиц; дополнительных расходов, включающих стоимость облучения, а также отчисления на амортиза- цию и текущий ремонт облучательных установок; рас- ходы на электроэнергию и зарплату персонала, обслужи- вающего установки. Следовательно, с применением облучения затраты на эксплуатацию 1 м2 облучаемой площади включают стои- мость 1 м2 полезной площади теплиц (по основным рас- ходам производства) и стоимость искусственного облу- чения в виде дополнительных расходов на 1 м2. Как указывалось, спектр различных источников лучи- стой энергии по-разному влияет на рост и развитие ра- стений. С другой стороны, каждая облучательная уста- новка, в которой применен источник данного типа, имеет свою технико-экономическую характеристику. Правиль- ный выбор типа источника излучения и его единичной мощности, удельной мощности и конструкции облуча- тельной установки, а также способа и продолжительно- сти облучения — все это должно иметь свое биологиче- ское и технико-экономическое обоснование. Только обос- нование, построенное на учете конкретных условий при- менения искусственного облучения, определяет целесооб- разность выбора и эффективность капитальных затрат. Основной биологический показатель эффективности ис- точника излучения выражается в энергетических затра- тах на 1 г сухого органического вещества, образован- ного растением под действием лучистого потока данного источника. Главными технико-экономическими показателями об- лучательных установок с источниками данного типа и мощности служат: удельная мощность облучательной установки в Вт/м2; размер первоначальных (капиталь- ных) затрат в руб/м2; размер текущих (эксплуатацион- ных) расходов в руб/м2. Эксплуатационные расходы на искусственное облуче- ние в общих затратах производства защищенного грунта представляют основную долю дополнительных расходов. Они могут быть отнесены так же, как основные расходы, не только на 1 м2 площади, но и на одно растение рас- сады или единицу полученной продукции. 245
Капитальные затраты по облучательным уста- новкам на 1 м2 площади состоят из стоимости оборудо- вания и материалов, комплектующих установку, а также стоимости затрат труда на изготовление отдельных эле- ментов установки (например, рамы, подвески), сборку конструкции и электромонтаж. Затраты на материалы и оборудование определяются на основе цен по действую- щим прейскурантам на соответствующие изделия. Стои- мость изготовления отдельных элементов установки, а также сборки конструкции и электромонтажа может быть определена по калькуляции на основании «Единых норм и расценок на строительные и монтажные работы» и «Сборника единичных расценок на строительные ра- боты». Капитальные затраты по всем вариантам облучатель- ных установок подсчитываются в виде сметы по группам, включающим оборудование с одинаковым сроком амор- тизации. Эксплуатационные расходы на облучение так же, как капитальные, относятся к 1 м2 облучаемой площади. Они могут быть подсчитаны за весь период эксплуатации установок в течение года в виде годовых эксплуатационных расходов либо, например, только за период выращивания одной партии рассады, что удобно для определения размера дополнительных затрат на од- но растение рассады. Годовые эксплуатационные расходы на искусственное облучение 1 м2 площади — Сгод, руб/м2 — складывают- ся из следующих составляющих: отчислений на амортизацию облучательных устано- вок и вспомогательного оборудования — К\1Т\, руб/м2, исчисляемых исходя из первоначальных затрат /G, руб/м2 и срока службы 7\, лет; отчислений на амортизацию электроламп — КгТ’/Ег, руб./м2, определяемых исходя из стоимости ламп К2, руб/м2, срока службы Т2, ч и продолжительности их ра- боты за год Т, ч; отчислений на амортизацию электропроводки, комму- тационной и защитной аппаратуры — руб/м2, ис- числяемых исходя из их стоимости Кз, и срока службы Т’з, ч; стоимости электроэнергии — рТэ, руб/м2, подсчитан- ной по удельной мощности установки с учетом мощности вспомогательного оборудования — р, Вт/м2, продолжи- 246
тсльности облучения за год Т, ч и тарифа на электро- энергию э, руб/кВт-ч; зарплаты штатного технического персонала, обслужи- вающего установки, —с12, руб/м2, исчисленной ис- ходя из тарифной ставки k, руб, нормы обслуживания п, м2 и количества смен обслуживания облучательных уста- новок с. Сгол = ^- + -^-Г+Л5- + ^5+-^С12. / 1 i 2 1 3 « Эксплуатационные расходы по облучательным уста- новкам за период выращивания одной из партий расте- ний в виде дополнительных затрат на 1 м2 облучаемой площади определяются по формуле (в руб/м2) Z-> б?год где m — количество партий растений, облучаемых в те- чение года (для рассады m = 2); sk —кратность пло- щади, облучаемой установкой (для стационарной уста- новки sk — 1; для нестационарной sk = 2—3). Пример расчета технико-экономических показателей облучательных установок. Опытом и технико-экономиче- скими расчетами необходимо было установить эффектив- ность комбинированной облучательной установки, в ко- торой вместо дросселей применялись лампы накалива- ния, и установки с люминесцентными лампами, имеющи- ми стандартные балластные устройства. На 1 м2 облучаемой площади в специальной раме бы- ли размещены 7 ламп ДС 30, а над ними — такое же ко- личество ламп накаливания НБ-7, которые заменяли дроссели. Для сравнения были взяты две обычные облу- чательные установки с лампами ДС-30. В одной установ- ке количество люминесцентных ламп было то же, что и в комбинированной установке, в другой это количество определялось присоединенной мощностью комбинирован- ной установки (р — 512 Вт/м2), что составляло 14 ламп на 1 м2. Стоимость элементов установок и сборки пока- зана в табл. 60. Под установками выращивались две партии рассады (т = 2), что составило время работы установок за се- зон Т = 800 ч. 247
Т а б л и ц a 60 Первоначальные затраты на изготовление облучательных установок Группы амортизации Затраты Единица изме рения Цена, руб. Комбини- ро ванная, 512 Вт/м2 Люмине- сцентная, 250 Вт/м2 Люмине- сцентная, 512 Вт/м2 кол-во 1 единиц сумма, руб. кол-во единиц сумма, 1 । руб. КОЛ-ВО единиц й S го I Дроссели ДБМ Держатели Патроны А-306 Сопротивление АЭ-15 Провод монтаж- ный Компенсирую- щая емкость Изготовление каркаса Монтаж, сборка (с мелким мате- риалом) Шт. Ком- плект Шт. Шт. 10 м Шт. Шт. Ком- плект 1,54 0,38 0,25 0,08 0,15 0,40 0,75 1,00 7 7 7 4 1 7 2,66 1,75 0,56 0,60 0,75 7,00 7 7 4 7 1 7 10,8 2,66 0,60 2,80 0,75 7,00 14 14 8 14 1 14 21,6 5,32 1,20 5,60 0,75 14.0 Итого, руб/м2 13,32 24,61 48,47 II Лампы ДС-30 Лампы НБ-7 Стартеры Шт. » » 0,65 0,25 0,14 7 7 7 4,55 1,75 0,98 7 7 4,55 0,98 14 14 9,10 1,96 Итого, руб/м2 7,28 5,53 11,06 Всего затрат, руб/м2 20,60 30,14 59,53 При расчетах показатели по всем видам затрат от- несены к 1 м2 облучаемой площади. Эксплуатационные затраты определены при стацио- нарном использовании установок (sK = 1). Отчисления на амортизацию арматуры установки приняты исходя из десятилетнего срока ее службы. Амортизационные отчис- ления на лампы и стартеры определены исходя из срока службы (лампы накаливания— 1000 ч; лампы люминес- центные — 3000 ч) и продолжительности их работы за се- зон. Затраты на электроэнергию подсчитаны исходя из 2 48
удельной мощности установок (комбинированная — 512 Вт/м2, люминесцентные — соответственно 250 и 512 Вт/м2), времени работы установок за сезон и тари- фа на электроэнергию (э = 0,019 руб. за кВт-ч). Отчис- ления на амортизацию электрической сети и зарплату обслуживающего персонала в данном случае не учитыва- лись, поскольку в сравниваемых вариантах они были одинаковы. Определение первоначальных затрат на оборудова- ние установки и расчет эксплуатационных расходов на облучение даны в табл. 60 и 61. Таблица 61 Годовые эксплуатационные расходы (в руб/м2 облучаемой площади) Статья затрат Комбиниро- ванная, 512 Вт/м2 Люминес- центная, 250 Вт/м2 Люминес- центная, 512 Вт/м2 Амортизация группы I . . Амортизация группы II Стоимость электроэнергии 1,44 2,57 7,79 2,55 1,30 3,80 5,00 2,42 7,79 Всего затрат .... 11,80 7,65 15,21 Результаты расчетов по всем технико-экономическим показателям установок представлены в табл. 62. Таблица 62 Технико-экономические показатели облучательных установок Технические показатели Экономические показатели на 1 м2 облучае- мой площади тип облу нательной установки тип ламп МОЩНОСТЬ ламп, Вт кол-во ламп, шт. удельная мощ- ность установ- ки, Вт/м2 первоначаль- ные затраты, руб. • эксплуатаци- онные расхо- ды, руб. Комбинированная . . ДС-30 30 7 512 20,60 11,80 НБ-7 51 7 Люминесцентная . . ДС-30 30 7 250 30,14 7,65 Люминесцентная . . ДС-30 30 14 512 59,53 15,21 249
Из данных табл. 62 видно, что комбинированная уста- новка имеет самые низкие первоначальные затраты. Од- нако в части эксплуатационных расходов ее показатели хуже. Сохраняя свое преимущество перед люминесцент- ной установкой мощностью 512 Вт/м2, комбинированная облучательная установка значительно уступает люминес- центной установке мощностью 250 Вт/м2. Что касается биологических показателей, полученных в результате выращивания под этими установками рас- сады томатов, то они подтверждают преимущество уста- новок без ламп накаливания (табл. 63). Таблица 63 Биологические показатели рассады томата Лучший из всех, выращенной под облучательными установками Тип облучательной установки Сухой вес Комбинированная Люминесцентная Люминесцентная 512 250 512 45,0 19,2 18,5 1,30 0,99 1,93 0,71 0,69 1,37 1,26 0,85 0,81 Сопоставление приведенных в табл. 63 показателей позволяет сделать следующие выводы: 1) комбинирован- ная облучательная установка имеет самые высокие за- траты электроэнергии на образование 1 г сухого веще- ства; 2) под комбинированной облучательной установкой получены растения худшего качества в связи с вытяну- тостью стебля. Следует отметить, что рассмотренная методика опре- деления степени эффективности искусственного облуче- ния рассады или культуры овощных растений несовер- шенна, если ее использовать для сравнительной оценки вариантов облучательных установок с существенным кон- структивным различием, например, габаритами облуча- теля, типом применяемых ламп и др. В ней отсутствуют и, следовательно, не поддаются учету в технико-эконо- 250
Мическом сравнении такие важные критерии для условий теплиц, как коэффициент затенения растений от естест- венного излучения элементами облучателя, уровень есте- ственной облученности, а также коэффициент снижения потока излучения ламп за расчетный срок их службы, КПД облучателя и другие технические параметры облу- чательных установок. Поэтому сравнительную оценку различных облучательных установок рекомендуется ве- сти по более объективной методике, предложенной Ю. М. Жилинским, которая отвечает основному требо- ванию «Типовой методики определения экономической эффективности капитальных вложений» (1969). В соответствии с типовой методикой главный крите- рий экономической эффективности капитальных вложе- ний — минимум приведенных затрат. Критерий приве- денных затрат определяется суммой текущих производ- ственных расходов — С и капитальных вложений — К, приведенных к одинаковой размерности в соответствии с нормативным коэффициентом эффективности — Дн . С =min. Оценка технико-экономической эффективности облу- чательных установок основана также на сравнении ва- риантов по их приведенным затратам, однако, по мето- дике Ю. М. Жилинского, приведенные затраты в годо- вой их размерности берутся относительно количества ис- кусственного облучения, выработанного установкой за год. Таким образом, в рассматриваемой методике крите- рием сравнительной экономической эффективности слу- жат относительные приведенные затраты — /73 . Этот, критерий характеризует размер расчетных затрат по об- лучательной установке с данной технической характери- стикой на единицу количества искусственного облучения в конкретных условиях эксплуатации. п = С + РкК руб. / руб- \ Л иск Втч \ фт-ч / ’ где С — годовые эксплуатационные расходы, руб/год; К — капитальные затраты, руб.; Рн —нормативный ко- эффициент эффективности,------,в соответствии с кото- год рым капитальные затраты приводятся к годовой раз- 251
Вт • ч / фт •ч год \ год мерности; Диск —количество искусственного облучения, выработанного установкой за год, С помощью критерия П3 выявляется, насколько один из сравниваемых вариантов облучательных установок эффективнее другого для конкретных целей и условий эксплуатации. Экономически более эффективен вариант с наименьшими относительными приведенными затра- тами. Величина AHtK определяется по формуле Лск = 5[£’полн-£’ест(1-5)]-ГЛ Вт-Ч (фт-Ч), в которую входят некоторые важные параметры как са- мих установок, так и условий их эксплуатации: S — рас- четная облучаемая площадь, м2; Еполи — полная облу- ченность, создаваемая естественным и искусственным лу- чистыми потоками, Вт/м2 (фт/м2); Т — число часов ис- пользования облучательной установки за год, ч; Еест — естественная облученность в теплице, Вт/м2 (фт/м2); т — коэффициент снижения потока излучения лампы в тече- ние срока ее службы; g — коэффициент затенения расте- ний от естественного излучения облучательной установ- кой. Первые три величины составляют исходные условия, которые в излагаемой методике принимаются одинаковы- ми для всех сравниваемых вариантов. Естественная об- лученность в теплине для конкретных условий опреде- ляется как среднее значение за расчетный период; ее ве- личина также принимается для всех вариантов одинако- вой, если число часов использования установок этих ва- риантов реализуется за один и тот же период. Выраже- ние Еест (1 — £) представляет собой среднюю величину естественной облученности в теплице при наличии облу- чателя, а выражение Еполн —Еест (1 — £) —среднюю величину искусственной облученности на расчетной пло- дцади, создаваемой облучателем (величина, исходя из ко- торой рассчитываются эксплуатационные параметры об- лучательных установок и условия их размещения над расчетной площадью облучения). В качестве примера технико-экономического сравне- ния четырех вариантов облучательных установок с раз- личными источниками излучения и конструктивным ис- полнением облучателей приведем расчет, выполненный Ю. М. Жилинским и О. А. Косицыным. Параметры оп- тического излучения рассчитаны в системе эффективных 252
Величин. Все установки используются стационарно. Ис- ходные условия расчета и сравнения вариантов облуча- тельных установок заданы следующими величинами, оди- наковыми для всех сравниваемых вариантов: расчетная площадь облучения — 100 м2; естественная облученность в теплице — 2,5 фт/м2; полная облученность (естествен- ная и искусственная) — 15 фт/м2; число часов использо- вания установок за год — 300; нормативный коэффици- ент эффективности — 0,2, расчетный период — один год. В табл. 64 представлены технические параметры об- лучательных установок четырех типов и определены усло- вия их размещения над облучаемой площадью. Расчет относительных приведенных затрат по их составляющим представлен в табл. 65. Сравнение четырех вариантов ис- кусственного облучения по критерию относительных при- веденных затрат показывает, что в заданных условиях наиболее экономически эффективными окажутся капи- тальные вложения на облучательные установки с лампа- ми ЛД-40 (в раме с отражающим экраном), а также с лампами ДКСТВ-6000. Полезно рассмотреть, как соотносятся между собой значения критерия П 3 (относительных приведенных за- трат) в зависимости от технологических свойств сравни- ваемых облучательных установок четырех типов. По-ви- димому, лучшими технологическими свойствами обладает тот тип облучательной установки, который отвечает двум условиям: 1) установку технически возможно применить на большем числе этапов технологии возделывания куль- тур и 2) такое применение установки экономически оправдано (полученный эффект может быть оценен объ- ективными показателями). С этих позиций два конку- рирующих варианта существенно различаются. Облучательные установки с лампами ЛД-40, выпол- ' ценные в виде рамы, отвечают обоим условиям техноло- гичности только при выращивании рассады. В этих целях единичные тепличные хозяйства используют их до 750 ч в году в стационарном режиме, а подавляющая масса хозяйства—в режиме передвижения до 1500 ч. Для об- лучения плодоносящих растений они непригодны, по- скольку не отвечают даже первому технологическому требованию. Облучательные установки с лампами ДКСТВ-6000 монтируются стационарно. Облучатели на- вешивают высоко под кровлей теплицы, они не затеняют растения от естественного излучения и потому могут на- 253
Таблица 64 Параметры и условия применения сравниваемых вариантов облучательных установок (по Ю. М. Жилинскому и О. А. Косицыну) Показатели Едини- цы измере- ния Тип источников излучения ДРЛ-1000 дкств- -6000 ЛД-40 ЛД-40 Тип облучателя . . ГСР-1000 Конст- Рама без Рама с Мощность одной лампы с ПРА . . . Вт 1060 рукции ВНИСИ 64001 экранов 48 экранами 48 Полезный срок службы ламп .... ч 3000 1000 5000 5000 Коэффициент сни- жения потока излуче- ния лампы за срок службы О. е. 0,8 0,7 0,8 0,8 Коэффициент зате- нения облучателем » 0,1 0,0 0,64 1,0 КПД облучателя . » 0,62 0,8 0,29 0,44 Естественный cos установки .... » 0,55 1,0 0,55 0,55 Естественная облу- ченность при наличии облучателя . ... фт/м2 2,25 2,5 0,9 0,0 Искусственная об- лученность . » 12,8 12,5 14,2 15,0 Высота располо- жения облучателей над растениями . . . м 1 ,о 1,4 0,085 0,085 Общее количество ламп шт. 34 6 1334 918 Общая установлен- ная мощность . . . кВт 35,04 38,4 64,032 44,084 Удельная установ- ленная мощность . . Вт/м2 360 384 640 441 Фактическая вели- чина полной облучен- ности фт/м2 15,05 15,0 15,1 15,0 1 С учетом мощности охлаждающего устройства. ходиться в рабочем положении круглогодично. Установка с лампами ДКСТВ-6000 технологична как при выращи- вании рассады (до 700 ч в год), так и при плодоноше- нии — удлинение естественного дня, облучение в периоды с пасмурной погодой (вероятно, порядка 2300 ч в году), 254
Таблица 65 Структура приведенных затрат в сравниваемых облучательных установках (по Ю. М. Жилинскому и О. А. Косицыну) Показатели Единица измерения Облу чательные установки ДРЛ-1000 дкств- -6000 ЛД-40 ЛД-40 Тип облучателя ГСР 1000 Конст- рукции ВНИСИ Рама без экранов Рама с экранами Стоимость ламп руб. 1190 288 1825 1252 Стоимость ПРА Стоимость Кон- структивных эле- ментов с монта- » 1122 6601 2410 1653 жом Стоимость ком- пенсирующих уст- » 1958,4 2400 1805 1257 ройств .... Суммарные ка- питальные затра- ты, приведенные к годовой размер- » 356,8 634,02 436,43 ности Амортизация руб/го.1 925 669,6 1335 920 ПРЛ Амортизация » 224,2 132 482 330,6 ламп Амортизация конструктивны X 119 86,5 109,5 75,0 элементов . . . Амортизация компенсирующих » 391,68 480 361 251,4 устройств . . . Стоимость » 51 — 90,7 62,3 электроэнергии . Суммарные эк- сплуатационные » 108,12 115,2 192,1 132,25 расходы .... Приведенные » 894,2 813,7 1236,8 851,8 затраты .... Количество ис- кусственного фи- » 1819,2 1483,3 2571,8 1771,8 тооблучения . . Относительные приведенные за- фт-ч/ год 384-103 375-103 426-103 450-10-3 траты ..... руб/ фт-ч 4,72-10-3 4,0 Ю-з 6,04- Ю-з 3,93 -10—3 1 Стоимость поджигающего дом исполнении. и охлаждающего устройства в индивидуаль- 255
если при этом соблюдается и второе технологическое тре- бование (оцененное, например, увеличением выхода про- дукции) . Возвращаясь к формуле расчета П3 , можно отметить, что величина этого критерия тем меньше, чем большее Часпо часов Рис. 81. Зависимость относительных приведенных затрат от про- должительности использования облучательных установок с лам- пами: 1 — ЛД-40 без экрана, 2 —ДРЛ-1000, 3 — ДКСТВ-6000. 4 — ЛД-40 с экраном количество искусственного облучения вырабатывает уста- новка за расчетный период, т. е. может быть полезно ис- пользована в течение большого числа часов за год. За- висимость относительных приведенных затрат от числа часов использования за год, рассчитанная при тех же 256
исходных условиях, наглядно иллюстрируется графически на рис. 81. Характер кривых указывает на то, что при любой, но одинаковой для всех вариантов продолжитель- ности использования установок за год наименьшее зна- чение критерия П3 принадлежит облучательной установ- ке варианта ЛД-40 с экраном. Однако если осуществить выбор варианта облучательной установки с учетом пре- дельного значения Т (1500 ч в год для варианта ЛД-40 с экраном и 3000 ч в год для варианта ДКСТВ-6000), то наименьшие относительные приведенные затраты будут у варианта ДКСТВ-6000. Сопоставьте П3 варианта ДКСТВ-6000 при 7=3000 ч в год — 0,08 (точка Б) и варианта ЛД-40 с экраном при 7=1500 ч в год — 0,116 (точка Л). Что касается варианта облучательной уста- новки с лампой ДРЛ-1000, то и он становится конкурент- но способным уже при продолжительности порядка 2400 ч в год (сопоставьте точки А и В). Рассмотренный анализ зависимости относительных приведенных затрат от числа часов использования за год убеждает в том, что расчет сравнительной экономической эффективности раз- личных вариантов облучательных установок следует ве- сти по наибольшей реально возможной продолжительно- сти использования за расчетный период. Последняя опре- деляется технологическими свойствами облучательной установки каждого конструктивно отличающегося вари- анта.
№ п/п Основные технико-эксплуатационные показатели серийно Страна, фирма, модель Тип Габаритные раз- меры, мм Полезный объем, м8 Полезная пло- щадь, м* Допустимая высо- та растений, мм Воздухоподача, м’/ч Скорость движе- ния воздуха, м/с 1 ГДР, «Nema», PHZ20 Вегета- ционная климати- ческая камера 3020Х Х5120Х хзооо 18,00 — — Снизу вверх, дс 2200 0,02- 0,5 2 Канада, «Conviron», серия Е8 Вегета- ционный климати- ческий шкаф 1830Х Х760Х XI960 0,91 0,74 1220- 1830 Снизу вверх — 3 Канада, «Conviron», PGV-36 Вегета- ционная климати- ческая камера 3430Х Х2340Х Х2540 12,50 5,30 2030 Снизу вверх, до 186 0, le- о.35 4 ФРГ, «Weiss», серия E/IU-P Вегета- ционный климати- ческий шкаф От нюх Х1450Х Х2400 до 1950Х Х2000Х Х2500 0,30 3,00 0,35 1,96 850 1800 Снизу асиммет- рично вверх, 1,50— 15,00 — 258
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 выпускаемых за рубежом установок искусственного климата Облучательиое устройство Тип источника излучения ся « № »£ « S S & Ct S освещенность, лк Температура воздуха, °C Влажность воз- духа, % Программирова- ние режимов Расход воды, м’ Потребляемая мощность, кВт Внеш- нее, охлажда- емое вен- тилято- ром и от- деленное много- слойным стеклом Метал- логало- генные лампы и лампы накали- вания 50 000 —10 + 40 30— 95 Любые два режи- ма, не за- висящие друг от друга 3,0 60,0 Внут- реннее, охлажда- емое 55 000 4—45 ±0,5 (без освещ.) 10—45 (с осве- щением) 55+85 ±3 Фото- период, освещен- ность, темпера- тура и влаж- ность воз- 0,12— 0,30 — Внут- реннее, охлажда- емое Люми- несцент- ные лам- пы низко- го давле- ния и лампы накалива- ния 100 000 4—45 ±0,5 (без освещ.) 10—45 (с осве- щением) ±0,5 10+95 ±3 духа Фото- период, освещен- ность, темпера- тура и влаж- ность воз- духа 0,84 Внеш- нее, охлажда- емое вен- тилято- ром и от- деленное много- слойным стеклом Люми- несцент- ные лам- пы низко- го давле- ния, паро- ртутные лампы высокого давления 30 000 2—50 + 0,5 (без освещ.) 30—95 в диапа- зоне тем- ператур точки росы: + 2-Т-+50 ±0,5 Осве- щенность, темпера- тура и влаж- ность воз- духа 259
Страна, фирма, модель а Габаритные раз- меры, мм Полезный объем, м® Полезная пло- щадь, м2 Допустимая высо- та растений, мм 1 Вездухсподача, м3/ч Скорость движе- ния, м/с 5 ФРГ, .Weiss», серия ЛВ/1МП-РК Вегета-! 2700X 5,00 2,64 2000 Снизу вверх, 25 ционная климати- ческая камера Х1500Х хззоо 6 ФРГ, «ВВС», System Dr. h i hart Вегета- ционный климати- ческий шкаф — 1,00 и 1,50 — — Сверху вниз 7 ФРГ, «ВВС», «Phytobox» Вегета- ционная климати- ческая камера — — — — — 0,20 8 Япония, Koito, серия HNL-10 Вегета- ционный климати- ческий шкаф 1950Х Х960Х Х2217 1,50 1,00 1300 Попе- речная, 24 или 36 0,10 0,20 260
П родолжение приложения 1 Облучатель ное устройство Тип источника излучения Максимальная освещенность, лк Температура воздуха, °C Влажность воз- духа, % Программирова- ние режимов Расход волы, м3 Внеш- Люми- 100 000 15—40 15—95 Темпе- — нее, охлажда- емое вен- тилято- ром и от- деленное много- слойным стеклом с водным экраном несцент- ные лам- пы низко- го давле- ния, паро- ртутные лампы высокого давления или ксе- ноновые дуговые лампы ±03 (без освещ.) в диапа- зоне тем- ператур точки росы ратура, влаж- ность воздуха, освещен- ность Внеш- нее, охлажда- емое вен- тилято- ром и от- деленное стеклом, и внут- реннее боковое, отделен- ное стек- лом Люми- несцент- ные лам- пы низко- го давле- ния, паро- ртутные лампы высокого давления или ксе- ноновые дуговые лампы 40 000 —10 — + 10 ±0,5 50—95 ±3 диапазон темпера- тур 5—40 Осве- щенность, темпера- тура и влаж- ность воздуха Внеш- нее, охлажда- емое вен- тилято- ром Паро- ртутные лампы высокого давления или ксе- ноновые дуговые лампы 40 000 5—40 ±0,5 50—90 ±0,5 Осве- щенность, темпера- тура и влаж- ность воздуха Внеш- нее, охлажда- емое вен- тилято- ром Люми- несцент- ные лам- пы низко- го давле- 30 000 10—35 ±0,5 55—90 ±3 Фото-' период, освещен- ность, темпера- 0,01 261
№ п/п Япония, Koito, серия КС-200 Вегета- ционная климати- ческая камера 4000Х Х2300Х Х3500 7,40 3,90 1700 Снизу асиммет- рично вверх, 72 или 108 о,зо- 0,50 9 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Ксеноновый облучатель с лампой ДКСТВ-6000 для промышленных теплиц Облучатель представляет собой конструкцию промышленного образца, впервые разработанную в 1965 г. ВНИСИ специально для условий промышленных теплиц. Ксеноновый облучатель подвешива- ется к несущим конструкциям теплицы стационарно. К нему под- водят двухпроводную линию электропитания напряжением 220 В и шланги от внешней системы водяного охлаждения. Распределение лучистого потока ксеноновой лампы ДКСТВ-6000 при одиночном действии облучателя рассчитано так, чтобы прн вы- соте подвешивания над верхушками растений 1,4 м он создавал на площади 15 м2 (6X2,5 м) освещенность 10 тыс. лк при допустимой равномерности 0,7. Общий реальный КПД облучателя 70Ре- конструкция ксенонового облучателя соединяет в себе трн ос- новные части: оптическую, электрическую и гидравлическую (рнс. 82). Оптическая часть состоит из двух отражателей направ ленного светораспределения, которые отражают верхнюю часть све- 262
Продолжение приложения 1 и отде- НИЯ и ленное лампы стеклом накали- с моно- хромати- ческими фильтра- ми вания Внеш- Люми- 40 000 нее. несцент- охлажда- ные лам- емое вен- пы низко- тилято- го давле- ром и от- ния и деленное лампы стеклом накали- с моно- хромати- ческими фильтра- ми вания 1—35 ±1 тура и влаж- ность воздуха 55—85 ±7 Фото- период, освещен- ность, темпера- тура и влаж- ность воздуха 1,20 тового потока ксеноновой лампы в двух направлениях (с максиму- мом силы света под углом 65° и коэффициентом усиления 6,3), и системы фиксации ксеноновой лампы на оптической оси отражате- лей. Гидравлическая часть облучателя состоит из двух штуцеров и шлангов, с помощью которых ксеноновая лампа подключается к внешней системе водяного охлаждения. Оптическая и гидравличе- ская части смонтированы в общем металлическом кожухе с венти- ляционными щелями. Электрическая часть облучателя, представляю- щая собой устройство для первоначального зажигания ксеноновой лампы, смонтирована в металлической коробке, которая расположена над кожухом оптической части облучателя. Принципиальная схема электрической части облучателя представлена на рис. 83. Включение облучателя осуществляется с помощью выносной кнопки «пуск». Отключается облучатель с помощью коммутационного аппарата во внешней электрической сети. В целях безопасности корпус облуча- теля должен быть надежно заземлен. Ксеноновый облучатель имеет очень малые габариты по сравне- нию с размерами облучаемой им площади и, следовательно, почти не затеняет растения от солнечного света. Это выгодно отличает его от установок с люминесцентными тпубками и лампами ДРЛ. 263
т Рис. 82. Ксеноновый облучатель конструкции ВНИСИ с лампой водяного охлаждения типа ДКСТВ-6000 (размеры в мм): / — пусковое устройство; 2 — кожух облучателя; 3 — отражатели, 4 — штуцеры, 5 — соединительные шланги, 6 — ламподержатели, 7 — лампа ДКСТВ-6000
Рис. 83. Принципиальная схема электрической части ксенонового облучателя конструкции ВНИСИ: ТВН — трансформатор высокого напряжения; ТИ — трансформа- тор импульсный; Р — разрядник; Ci — конденсаторы разрядные; С2 и — элементы высокочастотного фильтра
266 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Поступление овощей на рынок в Нидерландах за 1969, 1970 гг. (%) Овоши I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I II ill IV V VI Салат-латук Редис . Шпинат Шампиньоны Ревень Огурцы длинные . . • . Спаржа . . . Капуста ранняя Томаты Энвидий Пучковая морковь Цветная капуста Зеленый горошек Перец Петрушка Огурцы короткие Фасоль сахарная » лопатка .... Китайская капуста . . . Черный сельдерей . Зеленая савойская капуста . . Белая капуста Желтая савойская капуста . Лук-порей ..... Брюссельская капуста . . . 6 6 1 2 6 7 3 1 3 14 7 7 9 4 6 5 19 45 17 8 12 11 3 7 3 6 I 16 37 41 11 43 19 44 10 16 14 9 5 7 9 2 I 5 1 5 6 16 8 24 20 54 37 20 15 33 19 14 10 11 6 4 8 I 4 1 5 7 9 16 2 23 21 12 26 16 81 15 11 15 18 14 3 2 3 I 2 2 4 1 3 7 3 14 16 22 13 14 20 5 22 17 53 45 53 15 3 10 7 10 6 3 1 3 8 I 7 8 10 10 8 8 14 11 21 20 14 23 19 15 15 9 13 5 6 2 7 10 5 5 7 15 7 28 15 10 3 12 5 29 61 16 17 8 20 20 8 I 9 1 1 1 10 3 4 9 8 24 7 17 13 9 15 23 9 10 3 5 7 4 3 13 7 7 12 16 10 6 9 6 12 7 6 10 5 12 4 10 17 4 II 1 9 14 5 I 5 1 6 5 10 5 3 3 2 Продолжение I 11 II] 1 V V VI VII VIII IX X XI хп I II ш IV V VI Свекла 5 7 11 11 10 10 9 10 12 7 3 5 Турнепс — 1 12 15 15 16 II 13 14 3 — — Корневой сельдерей . Черешковый сельдерей . — — 5 I 7 3 6 25 18 40 9 9 9 7 7 6 7 6 10 2 8 I 8 6 Скорцонера Красная капуста — — 4 9 2 9 13 13 21 12 17 9 8 9 20 10 17 13 2 7 3 Лук — — 2 8 12 II 14 17 14 II 8 3 — — Витлуф — 2 5 10 13 12 16 21 12 9 — •Луф-шаллот .... — — — — — — 9 6 3 2 1 2 1 2 13 19 20 19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Белинский В. А., Г а р а д ж а М. П., Меженная Л. М„ Назваль Е. И. Ультрафиолетовая радиация солнца и неба. М., 1968. Бильдерлинг И. Г. Фитотроны различных стран мира. «Физиология растений», 1974, т. 21, вып. 4. Брандт А. Б„ Та геев а С. В. Оптические параметры расти- тельных организмов. М., 1967. Ван дер Вин Ф., Мейер Г. Свет и рост растений. М., 1962. Власова О. П., Леман В. М. О влиянии длительной темно- ты на ультраструктуру хлоропластов. «Изв. ТСХА», 1975, вып. 3. Воскресенская Н. П. Фотосинтез и спектральный состав света. М., 1965. Г у н а р И. И. Проблема раздражимости растений и ее значе- ние для дальнейшего развития физиологии растений, М., 1953. Дополнительное освещение в защищенном грунте. Сб. статей под ред. Г. Д. Губарь, Рига, 1974. Дубров А. П. Генетические и физиологические эффекты дей- ствия ультрафиолетовой радиации на высшие растения. М., 1968. Жилинский Ю. М., Свентицкий И. И. Электрическое освещение и облучение в сельскохозяйственном производстве. М., 1968. Казанцев Ф., Басов А. Досвечивание рассады в теплицах. Челябинск, 1959. К а л и т и н Н. Н. Лучи солнца. М., 1947. Кенхем А. Э. Электрификация теплиц. М., 1967. Китаев И. И., Китаев С. И. Тепличное овощеводство. М., 1954. Клешнин А. Ф. Растение и свет. М., 1954. Кондратьев К Я. Актинометрия. Л., 1965. Куперман Ф. М. Морфофизиология растений. М., 1973. Латышев Д. И. Выращивание овощей в совхозе «Тепличный». М„ 1967. Леман В. М. Культура растений при электрическом свете. М., 1971. Леопольд А. Рост и развитие растений, М., 1968. Л ё б л Д. О. и др. Индустриализация тепличного овощеводства за рубежом. М., 1968. Лисовский Г. М. Пути ускорения селекции растений. «Вести, с. х. науки», 1972, № 6. Максимов И. А. Краткий курс физиологии растений. М., 1958. М а р к о в В. М. Овощеводство. М„ 1974. Мошков Б. С. Выращивание растений при искусственном ос- вещении. Л.—М., 1-966. 268
II и ч и п о р о в и ч А. А. Световое и углеродное питание расте- ний (фотосинтез). М., 1955. И и ч и п о р о в и ч Л. Л. Фотосинтез и теория получения высо- ких урожаев. XV Тимирязевское чтение. М., 1966. Назаров Г. И., Олейник Н. П., Ф о м е н к о в А. П., Юровский Ю. М. Электропривод и применение электрической энергии в сельском хозяйстве. М„ 1972. Пономарев В. И. Современные зарубежные фитотроны и ка- меры искусственного климата. М., 1973. Применение электроэнергии в сельскохозяйственном производ- стве. Сб. под ред. П. Н. Листова. М., 1974. Пчелкин Ю. Н. Использование электроэнергии в овощевод- стве защищенного грунта. М., 1966. Р в а ч е в В. П. Введение в биофизическую фотометрию. Львов, 1966. Регулирование внешней среды растений. Сб. статей под ред. И. И. Гунара. М., 1961. Рохлин Г. И. Газоразрядные источники света. М., 1966. Рубин Б. А. Курс физиологии растений. М.. 1975. С ел га М. П. Влияние ультрафиолетовой радиации на форми- рование фотосинтетического аппарата, рост и урожайность овощ- ных растений в тепличной культуре. Автореф. канд. дисс. Рига, 1968. Скобелев В. М., Афанасьева Е. И. Источники света и пускорегулирующая аппаратура. М., 1973. Т и м и р я з е в К. А. Собр. соч., т. I—X, 1937—1940. Тиходеев Б. М. Световые измерения в светотехнике. М., 1962. Т о о м и и г Г. X., Гуляев Б. И. Методика измерения фото- синтетически активной радиации. М., 1967. Физика среды обитания растений. Под ред. В. Ван-Вийк. Л., 1968. X и т О. Фотосинтез, М., 1972. Хлорофилл. Сб. статей под ред. А. А. Шлык. Минск, 1974. Ш а р о н о в В. В. Таблицы для расчета природной освещенно- сти и видимости. М„ 1945. Ш манаева Т. Н., Леман В. М. Влияние временной темно- ты на морфогенез томатов и содержание нуклеиновых кислот в апи- кальной меристеме. «Изв. ТСХА», 1970, вып. 2. Шульг ин И. А. Растение и солнце. Л., 1973. Эдельштейн В. И. Овощеводство. М., 1962. Ян ишевский Ю. Д. Актинометрические приборы и методы наблюдений, Л., 1957. Bickford Е. D. a. Dunn S. Lighting for Plant Growth. Kent, 1972. Canham A. E. Artificial light in horticulture Eindhoven, 1966. «Growelectric» Handboook NN 1, 2. London 1972—1973. Lighting Technology in horticulture Philips. Eindhoven. Nuernbergk E. L. Kunstlicht und Pflanzenkultur. Milnchen — Bonn — Wien, 1961. R ei n h о 1 d J. Ratgeber fur den Gemusebau unter Gias. 1966. Went W. The experimental control of plants growth «Chronica Botanica», 1957, 17.
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие . . . ......................... 3 Введение . . . . . . ............... 5 Глава первая Краткая история светокультуры растений Глава вторая Оптическое излучение и его измерение Величины и единицы.................................... 17 Энергетические величины и единицы . . .17 Эффективные величины и единицы .... 18 Световые величины и единицы . . . ... 19 Фотосинтетические величины и единицы................20 Особенности измерения оптического излучения в растениевод- стве .................... ................ . 23 Измерительные приборы.................................. 30 Приборы для измерения энергетических величин .... 34 Приборы для измерения эффективных величин .... 38 Глава третья Солнечное излучение и его влияние на рост растений Спектральный состав солнечного излучения . 40 Величина естественной облученности.................. ... 48 Продолжительность облучения в течение суток ..... 55 Глава четвертая Источники и установки для искусственного облучения растений Газоразрядные лампы................................... 61 Люминесцентные лампы.......................... . . 62 Лампы типа ДРЛ.....................................75 Ксеноновые лампы................................. 78 Неоновые лампы................................... 83 Ртутные лампы................................ . . 83 Натриевые лампы . 85 Лампы накаливания . . 87 Угольные дуги 93 270
Глава пятая Выращивание растений без естественного облучения Фитотроны и фитотроника.................................95 Реакция растений на длительную темноту ...............109 Культура растений без естественного облучения..........111 Влияние излучения люминесцентных ламп..............112 Влияние излучения ламп ДРЛ.........................124 Влияние излучения ксеноновых ламп..................128 Глава шестая Влияние искусственного облучения на анатомо-физиологическую характеристику растений Строение листьев и стеблей............................. 146 Образование пигментов в листьях . 150 Поглощение лучистой энергии листьями....................152 Тепловые свойства листьев...............................159 Фотосинтез . ..............................: . . 161 Фотоморфогенез..........................................171 Этапы органогенеза и фотоморфогеиеза................172 Глава седьмая Выращивание растений при дополнительном облучении Краткая характеристика микроклимата теплиц..........174 Выращивание овощной рассады.........................179 Выращивание овощей и ягод зимой.....................196 Выгонка и выращивание цветочных культур.............208 Ускоренное выращивание сеянцев древесных растений . . . 214 Глава восьмая Применение светокультуры в селекции растений Глава девятая Экономика светокультуры Приложение 1. Основные технико-эксплуатационные пока- затели серийно выпускаемых за рубежом установок искус- ственного климата................... ...............259 Приложение 2. Ксеноновый облучатель с лампой ДКСТВ-6000 для промышленных теплиц........262 Приложение 3. Поступление овощей на рынок в Нидер- ландах за 1969—1970 гг..............................266 Список литературы................................... 268
Владимир Михайлович Леман КУРС СВЕТОКУЛЬТУРЫ РАСТЕНИЙ Редактор Н. А. Соколова Художник Н. В. Красовитова Художественный редактор Т. А. Коненкова Технический редактор 3. В. Нуждина Корректор С. К. Марченко Т-06621 Сдано в набор 14/VIII 1975 г. Поди, к печати 24/1II 1976 г. Формат 84Х108,/з2. Бум. тип. № 1. Объем 8,5 печ. л. Усл. п. л. 14,28. Уч.-изд. л. 14,05. Изд. № Е-268. Тираж 9000 экз Цена 65 коп. План выпуска литературы издательства «Высшая школа» (вузы и техникумы) на 1976 г. Позиция № 85 Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14, Издательство «Высшая школа» Московская типография № 8 Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Хохловский пер.. 7. Зак. 3854