3.3 Световой режим

Для нормального роста и развития растения необходим свет определенного спектрального состава, достаточной интенсивности на протяжении определенного времени. От этого зависит питание растений, их рост, развитие и урожайность.

Только на свету в зеленых листьях осуществляется важнейший физиологи­ческий процесс — фотосинтез, в процессе которого создается около 95% органи­ческой массы урожая и аккумулируется вся энергия, накапливаемая в организме.

Влияние света на урожай наиболее значимо. Компенсация недостатка освещенности по экономическим причинам более проблематична по сравне­нию с компенсацией недостатка других факторов.

В большинстве случаев для оценки интенсивности роста растений ис­пользуют показатели интенсивности фотосинтеза, мерой которого является количество углекислого газа, поглощенного растениями в единицу времени на единице площади — г/час м². Характеристикой света служит его интен­сивность, измеряемая, в Вт/м². Зависимость интенсивности фотосинтеза от интенсивности света предоставлена на рис. 3.3.

Характер кривой показывает, что темпы фотосинтеза возрастают при увеличении интенсивности света. Это особенно ярко проявляется при низ­ких уровнях освещенности в зимний период (до 200 Вт\м²). В этом случае двукратное увеличение светового по­тока приводит к аналогичному уве­личению темпов фотосинтеза.

В начале развития растений, когда площадь листьев небольшая, повыше­ние темпа фотосинтеза происходит при более низких уровнях освещенности, чем при развитом листовом покрове взрослых растений. Поэтому на общем слабом световом фоне даже незначительное дополнительное освещение — досвечивание рассады — дает ощутимый эффект.

В летнее время при высоком общем свето­вом фоне его небольшое снижение не ока­зывает значительного влияния на интен­сивность фотосинтеза. В то же время не­большое снижение светового уровня, осо­бенно в красной части спектра, позволяет снизить перегрев растений, сбалансиро­вать тепловой и водный режимы и тем са­мым не просто сохранить исходный, но и получить более высокий уровень интен­сивности фотосинтеза. В связи с этим в летнее время целесообразно применение специальных экранов.

Спектральный состав света также очень важен для растений. Ультрафи­олетовые лучи (длина волн — 380—400 нм) благоприятны для рассады и нежелательны в период активной вегетации и плодоношения. Оранжево-красные лучи (595—750 нм) способствуют интенсивному накоплению био­массы и раннему цветению. При преобладании в спектре сине-фиолетовых лучей (400—490 нм) активизируются процессы плодоношения. Желто-зеле­ные лучи наименее поглощаемы растениями, под их влиянием увеличивает­ся расход энергии на дыхание. Наименее благоприятна для растений инф­ракрасная радиация (750 нм), вызывающая перегрев и иссушение растений.

Общеизвестно, что лучистая энергия Солнца улавливается листом не пол­ностью. Часть энергии проходит мимо листа, естественно теряясь для фотосин­теза. Из энергии, падающей на лист, 15% отражается в окружающую среду, 10% проходит сквозь лист, потому что лист очень тонок и 75% поглощается листом. Всего лишь около 15% общего количества лучистой энергии используется для фотосинтеза, а 70% или еще больше превращается в тепло.

Листья растений в солнечную погоду значительно теплее окружающего воздуха и поэтому они излучают тепло вследствие разности температур.

Т аким образом, отводится около 20% поглощенной энергии, а остальные 50% используются для транспирации, поскольку для этого требуется очень много тепла (рис. 3.5).

При достаточном количестве солнеч­ного излучения фотосинтез в растении про­исходит во много раз интенсивнее, чем ды­хание, поэтому в них накапливаются орга­нические вещества. По мере уменьшения интенсивности излучения процесс фото­синтеза ослабевает, и наконец, наступает такой момент, когда интенсивность фото­синтеза и дыхания одинаковы. Такое сос­тояние равновесия, как известно, называ­ется компенсационной точкой. При даль­нейшем уменьшении интенсивности излучения начинает преобладать процесс дыхания над процессом фотосинтеза и растения вместо накопления органических веществ расходует их, вследствие чего у них сначала прекращается рост и опадают листья, а затем они погибают. Повышенная температура в культивационных сооружениях при недостатке света ускоряет дыхание растений.

В различных географических широтах условия естественного освещения различны. Летом день на юге короче, на севере длиннее. Солнце на юге высоко стоит над горизонтом, поэтому воздействует на растения иначе, чем на севере.

Астрономическая продолжительность дня зависит от географической ши­роты и времени года. На юге она колеблется от 10 до 14 ч, а в средней полосе летом достигает 16—17 ч, зимой уменьшается до 6—7 ч. Однако продолжи­тельность дня, используемая растением для накопления органических ве­ществ в процессе фотосинтеза, значительно меньше астрономической. Ле­том она составляет 14 ч, а зимой не более 3 ч в сутки. Понятие "солнечный день" зимой и летом неоднозначные: зимой поступает 200—240 дж/см² в сутки, летом — 2000 дж/см² и более.

Помимо продолжительности периода суток, на интенсивность естествен­ного освещения растений влияют облачность, дожди, загрязнение воздуха ды­мом и пылью. Даже при ясной погоде часть солнечной радиации перехватыва­ется атмосферой. При облачной погоде много солнечных лучей отражается в пространство или поглощается облаками. Даже малая облачность ослабляет лучистый поток в 2—4 раза, а дождевые облака — в 5—8 раз и более.

Повышенная температура в культивационных сооружениях при недостат­ке света ускоряет дыхание растений.

Б ольшинство тепличных растений, в зависимости от своих физиологических особенностей, растут и плодоносят при освещенности 8—12 тыс. люксов. Такой мощности поток наблюдается в конце февраля и в сентябре. Зимой освещен­ность на поверхности Земли в полдень на открытом месте достигает около 4—5 тыс. люксов, что примерно в 15 раз меньше освещенности в эти же часы летом. Еще меньше лучистой энергии поступает на Землю в утренние и послеполуден­ные часы. Освещенность культивационных сооружений в это время совсем низ­кая. Вследствие отражения и поглощения света стеклом она уменьшается при­мерно на половину по сравнению с освещенностью на открытом месте, так как около 10% падающего света от­ражается стеклом, 10% поглоща­ется конструкцией теплиц. При 30% потере света вследствие заг­рязнения кровли теплиц общие потери составляют 50%. Если на почву поступает 20% света, то на долю растения остается все­го 30% (рис. 3.6)

Важное значение для про­цессов развития растений име­ет спектральный состав радиа­ции. Солнечные лучи представ­ляют собой электромагнитные излучения с волнами различойлины. Красные (720—620 нм) и оранжевые (620—595 нм) лучи — основной вид энергии для фотосинтеза, они задерживают переход растений к цветению; синие и фиолетовые (490—380 нм) участвуют в фотосинтезе, стимулируют образование белков и переход к цветению растений короткого дня, замедляя развитие растений длинного дня. Длинные ультрафиолетовые лучи (315—380 нм) задерживают вытягивание стебля, повышают содержание некоторых ви­таминов, а средние ультрафиолетовые (250—315 нм) увеличивают холодостой­кость растений, способствуют их закаливанию. Желтые (595—565 нм) и зеле­ные (565—490 нм) лучи минимально физиологически активны. Ближние инф­ракрасные лучи (780—1100 нм) несут в основном тепловую энергию.

Наиболее важной для жизни растений является видимая часть оптического излучения (380—710 нм), которая воспринимается человеческим глазом как свет. Ее часто называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР), поскольку мно­гие физиологические процессы не могут проходить без видимого излучения света,

Различают прямую и рассеянную солнечную радиацию. Интенсивность ее зависит от высоты стояния солнца, чистоты атмосферы. Сумму энергии прямой и рассеянной солнечной радиации называют суммарной радиацией. Соотноше­ние прямой и рассеянной радиации зависит от времени года и географической широты местности. Осенью и зимой преобладает рассеянная радиация.

Приход радиации в декабре-январе определяет возможность начала культу­ры огурца и томата, и характер использования теплиц. В связи с этим вся терри­тория бывшего СССР по приходу суммарной солнечной радиации на открытую горизонтальную поверхность и фотосинтетически активной радиации в тепли­цах за декабрь-январь (кДж/см²) разделена на 8 световых зон, которые обозна­чены цифрами от 0 (Крайний Север) до 7 (по Ващенко) (табл. 3.3).

Таблица 3.2